DE102008042835B4

DE102008042835B4 - Maschine mit Kompressionszündung mit homogener Ladung und Steuerverfahren der Maschine

Info

Publication number: DE102008042835B4
Application number: DE102008042835.3A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kuzuyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: DE102008042835A1; CN101413448B; KR20090038365A; US20090099751A1; JP4858398B2; CN101413448A; US7720590B2; KR101022305B1; JP2009097368A

Abstract

Maschine (1) mit Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI), wobei die HCCI-Maschine (1) ermöglicht, dass eine Verbrennungsbetriebsart zwischen einer HCCI-Verbrennung und einer fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, und die HCCI-Maschine (1) umfasst: eine Brennkammer (10); ein Einlassventil (11v); ein Auslassventil (12v); einen variablen Einlassventilmechanismus (11a) zum Ändern einer Einlasshubmenge (IL), die eine Hubmenge des Einlassventils (11v) ist, wobei die Einlasshubmenge in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Einlasshubmenge (IL1) eingestellt ist, und die Einlasshubmenge in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Einlasshubmenge (IL2) eingestellt ist; einem variablen Auslassventilmechanismus (12a) zum Ändern einer Auslasshubmenge (VL), die eine Hubmenge des Auslassventils (12v) ist, wobei die Auslasshubmenge in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Auslasshubmenge (EL1) eingestellt ist, und die Auslasshubmenge in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Auslasshubmenge (EL2) eingestellt ist; und einer Steuereinrichtung (5) zum Steuern des variablen Einlassventilmechanismus (11a) und des variablen Auslassventilmechanismus (12a), wobei die HCCI-Maschine dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinrichtung (5) eine interne EGR-Menge (Qegr) einstellt, die die Menge des verbrannten Gases, das zu der Zeit der HCCI-Verbrennung in der Brennkammer (10) verbleibt, einschließt, indem sie einen negativen Ventilüberlappungszeitraum einstellt, während dem sowohl das Einlassventil (11v) wie auch das Auslassventil (12v) geschlossen sind, damit nicht das gesamte verbrannte Gas aus der Brennkammer (10) abgegeben wird, und wobei, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, die Steuereinrichtung (5) die folgenden Vorgänge a) und b) ausführt, bevor (t3) die Einlasshubmenge von der ersten Einlasshubmenge (IL1) zu der zweiten Einlasshubmenge (IL2) umgeschaltet wird ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine mit Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI-Maschine). In der HCCI-Maschine der vorliegenden Erfindung kann die Verbrennungsbetriebsart zwischen einer Verbrennung mit Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI-Verbrennung) und einer fremdgezündeten Verbrennung (SI-Verbrennung) umgeschaltet werden.
In vergangenen Jahren haben Maschinen mit Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI) Aufmerksamkeit erregt, und es wurden verschiedene Forschungsprojekte mit derartigen Maschinen durchgeführt. Ein herausragender Kraftstoffverbrauch und thermischer Wirkungsgrad und niedrige Emissionen können von HCCI-Maschinen erhalten werden. In einigen Arten von HCCI-Maschinen wird Kraftstoff direkt während eines Einlasstakts in eine Brennkammer eingespritzt. Es wird nämlich nur Luft aus einem Einlassdurchtritt in die Brennkammer eingespritzt, und Kraftstoff wird zum ersten Mal in der Brennkammer mit der Luft vermischt. Jedoch wird in den meisten HCCI-Maschinen der Kraftstoff in dem Einlassdurchtritt mit Luft vermischt, um so ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird aus dem Einlassdurchtritt der Brennkammer zugeführt.
Die Temperatur steigt und der Druck erhöht sich in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das innerhalb der Brennkammer enthalten ist, wenn ein Kolben zur Zeit des Verdichtungstakts der Maschine steigt, so dass das Gemisch spontan zündet. Ein Hindernis, das bei der praktischen Anwendung von HCCI-Maschinen zu überwinden ist, ist, dass der Maschinenbetriebsbereich, der ermöglicht, dass eine Verbrennung mit Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI) stabil gesteuert wird, noch immer eng ist. Um dieses Hindernis zu überwinden, besteht eine Bestrebung, HCCI-Verbrennung in stationären Maschinen zu implementieren, in denen der gewöhnlicherweise verwendete Betriebsbereich relativ eng ist, zum Beispiel, Gasmaschinen für GHPs (Gaswärmepumpen).
In einem tatsächlichen Betrieb der HCCI-Maschinen werden häufig Maschinenbereiche mit niedriger Drehzahl, mittlerer Drehzahl niedriger Last und mittlerer Last verwendet. Es wurde vorgeschlagen, dass die Verbrennungsbetriebsart zwischen dem HCCI-Verbrennungsbereich und dem fremdgezündeten (SI) Verbrennungsbereich gemäß dem Betriebszustand der Maschine umgeschaltet wird. Die fremdgezündete (SI) Verbrennung wird in den Bereichen hoher Drehzahl, extrem niedriger Last und hoher Last ausgeführt.
Zum Beispiel offenbart die japanische Offenlegungsschrift JP 2003-106184 A eine Anordnung, in der eine Drossel geschlossen ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zurückzuführen, dass es stöchiometrisch ist, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der funkengezündeten Verbrennung umgeschaltet wird. Dann wird die Hubmenge eines Auslassventils erhöht, um die interne EGR-Menge zu reduzieren. Wenn die Verbrennungsbetriebsart nämlich von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, wird zuerst die Drossel geschlossen. Dies kann eine unzureichende Einlassluft oder ein niedriges Moment bewirken, und sorgt dafür, dass die Verbrennung schwierig wird. Deswegen kann dies Schwankungen des Maschinenmoments oder das Auftreten von abrupten Änderungen des Moments verursachen.
Die japanische Offenlegungsschrift JP 2004-150383 A offenbart eine Anordnung, in der die Verbrennungsbetriebsart zuerst von der HCCI-Verbrennung zu der schichtweisen, fremdgezündeten Verbrennung und dann zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird. Deswegen ist ein in dem Zylinder vorhandener Einspritzer in der Brennkammer wesentlich. Wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, wird die Kraftstoffmenge in einem Zustand der schichtweisen, fremdgezündeten Verbrennung allmählich erhöht. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf einen vorbestimmten Wert reduziert wird, wird die Kraftstoffeinspritzzeit vorgezogen und der Drosselöffnungsgrad wird reduziert. Entsprechend wird die Verbrennungsbetriebsart zu der normalen fremdgezündeten Verbrennung in einem stöchiometrischen Zustand umgeschaltet. Nachdem der Drosselöffnungsgrad nämlich erhöht wurde, wird die Verbrennungsbetriebsart von der schichtweisen, fremdgezündeten Verbrennung zu der normalen fremdgezündeten Verbrennung in einem stöchiometrischen Zustand umgeschaltet. Falls der Drosselöffnungsgrad auf diese Weise reduziert wird, können plötzliche Änderungen des Moments auftreten.
Die Druckschrift DE 10 2004 034 505 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Wechsel zwischen einem Kompressionszündungsbetrieb und einer Betriebsart mit Fremdzündung. Dabei ist in höheren Lastbereichen ein Nockenventiltrieb mittels entsprechender Stellmittel zwischen einer Ventilsteuerung für den Fremdzündungsbetrieb und einer für den Kompressionszündungsbetrieb vorgesehenen Zwangssteuerung mit größerer Ventilüberschneidung der Steuerzeiten bedarfsweise umschaltbar. Zur Erreichung hoher Laufgleichförmigkeit und optimaler Abgasemissionen auch bei Lastsprüngen beim Betriebsartwechsel ist vorgesehen, dass ein Wechsel der Betriebsart durch aufeinander abgestimmte Veränderungen der Einspritzparameter der Drosselung sowie der Ventilsteuerung erfolgt, wobei die Ventilsteuerung durch Veränderung der Amplitude und der Phasenlage des Ventilhubes wenigstens eines der Gaswechselventile umgeschaltet wird.
Die Druckschrift US 2004/0 194 746 A1 offenbart eine mittels Verdichtung zündende Brennkraftmaschine, die in der Lage ist, zwischen Selbstzündung und Funkenzündung umzuschalten. Ein variabler Ventilzeitmechanismus zum Ändern einer Ventilzeit und dadurch einer Einlassluftmenge werden gemäß der Art der Zündung gesteuert.
Die Druckschrift US 2006/0 196 466 A1 offenbart ein Verfahren, um einen Übergang zwischen einer Zündung durch Verdichtung in einem niedrigeren Lastbereich und einer Funkenzündung in einem höheren Lastbereich umzuschalten. Für Ein- und Auslassventile ist ein variabler Ventilzeitmechanismus vorgesehen, der für Ein- und Auslassventile jeweils eine eigene Nockenphase aufweist. Der variable Ventilzeitmechanismus ist außerdem in der Lage, die Hubhöhe der Ventile anzupassen. Während der Zündung durch Verdichtung ist die Hubhöhe niedriger als während der Funkenzündung.
Die Druckschrift DE 10 2006 033 024 A1 offenbart ein Verfahren zum Übergang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors mit Benzindirekteinspritzung und mit teilvariablem Ventiltrieb, von einer Ausgangsbetriebsart in eine Zielbetriebsart, wobei die Ausgangsbetriebsart und die Zielbetriebsart entweder eine fremdgezündete Betriebsart oder eine selbstgezündete Betriebsart sind. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Anpassung der Betriebsparameter der Ausgangsbetriebsart an für die Zielbetriebsart erforderliche Werte in einer Vorsteuerungsphase; Umschaltung der Betriebsart nach der Vorsteuerungsphase; und Regelung der Betriebsparameter nach der Umschaltung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten von plötzlichen Änderungen des Moments der HCCI-Maschine zu unterdrücken, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der funkengezündeten Verbrennung umgeschaltet wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt eine Maschine mit Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI) bereit, die ermöglicht, dass eine Verbrennungsbetriebsart zwischen einer HCCI-Verbrennung und einer fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird. Die HCCI-Maschine umfasst eine Brennkammer, ein Einlassventil und ein Auslassventil. Ein variabler Einlassventilmechanismus ändert eine Einlasshubmenge, die einer Hubmenge des Einlassventils entspricht. Die Einlasshubmenge wird in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Einlasshubmenge eingestellt, und die Einlasshubmenge wird in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Einlasshubmenge eingestellt. Ein variabler Auslassventilmechanismus ändert eine Auslasshubmenge, die einer Hubmenge des Auslassventils entspricht. Die Auslasshubmenge wird in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Auslasshubmenge eingestellt, und die Auslasshubmenge wird in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Auslasshubmenge eingestellt. Eine Steuereinrichtung steuert den variablen Einlassventilmechanismus und den variablen Auslassventilmechanismus. Die Steuereinrichtung stellt eine interne EGR-Menge ein, die die Menge des verbrannten Gases enthält, das zu der Zeit der HCCI-Verbrennung in der Brennkammer verbleibt und des verbrannten Gases, das durch eine Auslassöffnung wieder in die Brennkammer gezogen wird. Die Steuereinrichtung stellt einen negativen Ventilüberlappungszeitraum ein, während dem sowohl das Einlassventil wie auch das Auslassventil derart geschlossen sind, dass nicht das gesamte verbrannte Gas aus der Brennkammer abgegeben wird. Wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennungsbetriebsart umgeschaltet wird, führt die Steuereinrichtung folgende Vorgänge a) und b) durch, bevor die Einlasshubmenge von der ersten Einlasshubmenge zu der zweiten Einlasshubmenge umgeschaltet wird:

a): Umschalten der Auslasshubmenge von der ersten Auslasshubmenge zu der zweiten Auslasshubmenge, während die interne EGR-Menge sichergestellt wird, und
b): Verzögern einer Schließzeit des Auslassventils, um die interne EGR-Menge zu reduzieren, nachdem die Auslasshubmenge von der ersten Auslasshubmenge zu der zweiten Auslasshubmenge umgeschaltet wurde.

Andere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich werden, die in Zusammenhang mit den anhängenden Zeichnungen zu berücksichtigen ist, und auf beispielhaftem Weg die Grundlagen der Erfindung darstellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, von denen geglaubt wird, dass sie neu sind, sind insbesondere in den anhängenden Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung kann zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten durch Bezug auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den anhängenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
1 ein Blockdiagramm einer HCCI-Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Diagramm ist, das ein Verhältnis zwischen einer Maschinenlast und einer Maschinendrehzahl zeigt, und einen Betriebsbereich der HCCI-Maschine der 1 in der HCCI-Verbrennung und der fremdgezündeten Verbrennung zeigt;
3 ein Zeitdiagramm ist, das (a) einen Drosselöffnungsgrad, (b) eine maximale Auslasshubmenge, (c) eine maximale Einlasshubmenge, (d) eine interne EGR-Gasmenge, und (e) eine Momentschwankung zeigt, wenn die Verbrennungsbetriebsart der HCCI-Maschine der 1 von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird;
4A ein Zeitdiagramm ist, das die Einlasshubmenge und die Auslasshubmenge in der HCCI-Verbrennung zum Zeitpunkt t0 der 3 zeigt;
4B ein Zeitdiagramm ist, das die Einlasshubmenge und die Auslasshubmenge in einem Zustand zeigt, in dem die Auslasshubmenge von dem Zustand der 4A zu einem Zeitpunkt t1 erhöht wird;
5A ein Zeitdiagramm ist, das die Einlasshubmenge und die Auslasshubmenge in einem Zustand zeigt, in dem die Auslasshubzeit von dem Zustand der 4B zu einem Zeitpunkt t2 verzögert wird; und
5B ein Zeitdiagramm ist, das die Einlasshubmenge und die Auslasshubmenge in einem Zustand zeigt, in dem die Einlasshubmenge von dem Zustand der 5A in der fremdgezündeten Verbrennung zu einem Zeitpunkt t4 erhöht wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 bis 5B zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt eine HCCI-Maschine 1 gemäß einer Ausführungsform.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist die HCCI-Maschine 1 eine Brennkammer 10, einen Einlassdurchtritt 11b, ein Einlassventil 11v, ein Auslassventil 12v, einen Auslassdurchtritt 12b und einen Kolben 20 auf. Der Einlassdurchtritt 11b ist mit einer Brennkammer 10 verbunden. Der Betriebszustand der HCCI-Maschine 1 wird gemäß dem Betriebszustand wie zum Beispiel einer Maschinenlast und der Anzahl der Umdrehungen der Maschine zwischen einer HCCI-Verbrennung und einer fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet. Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 5 ist eine Steuereinrichtung, die den Betriebszustand der HCCI-Maschine 1 umschaltet. Als Ergebnis wird die Verbrennungsbetriebsart zwischen der HCCI-Verbrennung, die den Kraftstoffverbrauch reduziert, und der fremdgezündeten Verbrennung, die die Ausgangsleistung erhöht, umgeschaltet, wie es notwendig ist.
Ein Mischabschnitt 4 ist an dem Einlassdurchtritt 11p angeordnet. Kraftstoff wird von einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) durch einen Kraftstoffzufuhrpfad 2p so zu dem Mischabschnitt 4 zugeführt, dass Luft und Kraftstoff in dem Mischabschnitt 4 vermischt werden. Benzin oder ein Gaskraftstoff wie zum Beispiel Stadtgas oder LPG können als Kraftstoff verwendet werden. Der Mischabschnitt 4 ist ein Vergaser. Falls das Gas als Kraftstoff verwendet wird, kann der Mischabschnitt 4 ein Mischapparat sein.
Eine Drossel 3 ist an dem Einlassdurchtritt 11p zwischen dem Mischabschnitt 4 und der Brennkammer 10 angeordnet. Ein Kraftstoffventil 2v ist an dem Kraftstoffzufuhrpfad 2p angeordnet. Das Kraftstoffventil 2v wirkt als Kraftstoffzufuhrvorrichtung. Die ECU 5 steuert Betätigungen des Kraftstoffventils 2v, der Drossel 3, des Einlassventils 11v, einer Zündkerze 60c und des Auslassventils 12v. Die Zündkerze 60c ist ein Zündabschnitt, die zu der Zeit der fremdgezündeten Verbrennung verwendet wird. Die Zündkerze 60c kann verwendet werden, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, um die Verbrennung zu stabilisieren. Die ECU 5 steuert das Kraftstoffventil 2v, die Drossel 3, das Einlassventil 11v, die Zündkerze 60c und das Auslassventil 12v durch entsprechende Steuerleitungen 5a bis 5e.
Die ECU 5 steuert einen Öffnungsgrad des Kraftstoffventils 2v, um die Kraftstoffzufuhrmenge zu dem Einlassdurchtritt 11b zu steuern.
Die Drossel 3 weist eine Welle 3c, einen Flügel 3v und einen Schrittmotor (nicht dargestellt) auf. Der Flügel 3v wird um die Welle 3c gedreht. Die ECU 5 steuert den Schrittmotor, um den Öffnungsgrad des Flügels 3v zu steuern, das heißt, den Drosselöffnungsgrad TA. Als Ergebnis wird die Einlasszufuhrmenge zu der Brennkammer 10 gesteuert.
Ein variabler Einlassventilmechanismus 11a steuert eine Hubmenge und eine Öffnungs-/Schließzeit des Einlassventils 11v über den Einlassnocken 11c. In dieser Ausführungsform stellt die Hubmenge des Einlassventils 11v Einlassventilcharakteristiken dar. Eine maximale Hubmenge IL stellt die maximale Hubmenge des Einlassventils 11v dar. Ein variabler Auslassmechanismus 12a steuert eine Hubmenge und eine Öffnungs-/Schließzeit des Auslassventils 12v. In dieser Ausführungsform stellt die Hubmenge des Auslassventils 12v eine Auslassventilcharakteristik dar. Eine maximale Hubmenge EL stellt eine maximale Hubmenge des Auslassventils 12v dar.
Die ECU 5 steuert den variablen Einlassventilmechanismus und den variablen Auslassventilmechanismus 12a. Der variable Einlassventilmechanismus 11a und der variable Auslassventilmechanismus 12a sind variable Ventilmechanismen, die Ventilcharakteristiken wie zum Beispiel die Hubmenge und die Ventilöffnungs-/-schließzeit des Einlassventils 11v und des Auslassventils 12v gemäß den Betriebszuständen der HCCI-Maschine 1 ändern.
Wie in den japanischen Offenlegungsschriften JP H05106411 A und JP H1018826 A offenbart ist, wird der Einlassnocken 11c zwischen einem Nocken mit niedrigem Hub und einem Nocken mit hohem Hub umgeschaltet. Die ECU 5 verwendet den Nocken mit niedrigem Hub, wenn die erste Einlasshubmenge IL1 eingestellt wird, und verwendet den Nocken mit hohem Hub, wenn die zweite Einlasshubmenge IL2 eingestellt wird. Die maximale Einlasshubmenge IL wird in der HCCI-Verbrennung auf die erste Einlasshubmenge IL1 eingestellt, und wird in der fremdgezündeten Verbrennung auf die zweite Einlasshubmenge IL2 eingestellt. Die erste Einlasshubmenge IL1 ist kleiner als die zweite Einlasshubmenge IL2. Die ECU 5 schaltet den Einlassnocken 11c zwischen dem Nocken mit niedrigem Hub und dem Nocken mit hohem Hub gemäß den Betriebszuständen der HCCI-Maschine 1 um. Als Ergebnis wird die Einlasshubmenge IL geändert.
Ähnlich wird der Auslassnocken 12c zwischen einem Nocken mit niedrigem Hub und einem Nocken mit hohem Hub umgeschaltet. Die ECU 5 verwendet den Nocken mit niedrigem Hub, wenn die erste Auslasshubmenge EL1 eingestellt wird, und verwendet den Nocken mit hohem Hub, wenn die zweite Auslasshubmenge EL2 eingestellt ist. Die maximale Auslasshubmenge wird in der HCCI-Verbrennung auf die erste Auslasshubmenge EL1 eingestellt, und wird in der fremdgezündeten Verbrennung auf die zweite Auslasshubmenge EL2 eingestellt. Die erste Auslasshubmenge EL1 ist kleiner als die zweite Auslasshubmenge EL2.
Der Einlassnocken 11c ist an der Einlassnockenwelle (nicht dargestellt) angeordnet. In der Brennkammer 10 erzeugte Leistung wird über eine Kurbelwelle der HCCI-Maschine 1 zu der Einlassnockenwelle übertragen, um den Einlassnocken 11c zu drehen. Ein Einlassnockengetriebe ist an einem Endabschnitt der Einlassnockenwelle (nicht dargestellt) angeordnet. Das Einlassnockengetriebe überträgt eine Antriebskraft der Kurbelwelle zu der Einlassnockenwelle. Die ECU 5 steuert einen Phasenunterschied zwischen dem Einlassnockengetriebe und der Einlassnockenwelle gemäß einem bekannten Verfahren. Ähnlich ist der Auslassnocken 12c an der Auslassnockenwelle (nicht dargestellt) angeordnet. In der Brennkammer 10 erzeugte Leistung wird ebenfalls zu der Auslassnockenwelle übertragen, um den Auslassnocken 12c zu drehen. Ein Auslassnockengetriebe ist an einem Endabschnitt der Auslassnockenwelle angeordnet (nicht dargestellt). Das Auslassnockengetriebe überträgt eine Antriebskraft von der Kurbelwelle zu der Auslassnockenwelle. Die ECU 5 steuert einen Phasenunterschied zwischen dem Auslassnockengetriebe und der Auslassnockenwelle gemäß dem bekannten Verfahren.
Die ECU 5 steuert den variablen Einlassventilmechanismus 11a und den variablen Auslassmechanismus 12a, um zu der Zeit der HCCI-Verbrennung einen negativen Ventilüberlappungszeitraum bereitzustellen. Als Ergebnis wird internes EGR-Gas erzeugt und die HCCI-Verbrennung ausgeführt. Der negative Ventilüberlappungszeitraum ist ein Zeitraum, in dem sowohl das Auslassventil 12v wie auch das Einlassventil 11v geschlossen sind, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunkts TDC befindet. Der obere Totpunkt TDC ist ein Totpunkt, wenn ein Auslasshub einer Maschine endet. Die ECU 5 schließt das Auslassventil 12v zu der Zeit, die von dem Auslasstotpunkt TDC vorgezogen ist. Da ein Teil des verbrannten Gases in der Brennkammer 10 verbleibt, wird das interne EGR-Gas erzeugt. Die interne EGR-Menge Qegr stellt die Summe des verbrannten Gases, das in der Brennkammer 10 verbleibt, ohne aus dieser abgegeben zu werden, und des verbrannten Gases, das vorübergehend aus der Brennkammer 10 abgegeben wurde, und dann aus dem Auslassdurchtritt 12p durch das Auslassventil 12v in die Brennkammer 10 zurückgeführt wurde, wenn das Auslassventil 12v darauffolgend geöffnet wird, dar. Das interne EGR-Gas verbleibt bis zu dem nächsten Verbrennungszyklus in der Brennkammer 10. Das interne EGR-Gas, das eine hohe Temperatur aufweist, wird mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch vermischt, das neu in die Brennkammer 10 zugeführt wird. Dies erhöht die Temperatur in der Brennkammer 10. Deswegen wird die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zur Zeit der HCCI-Verbrennung verbessert. Die ECU 5 steuert eine Länge des negativen Ventilüberlappungszeitraums, um die Zündzeit der HCCI-Verbrennung zu einem gewissen Ausmaß zu steuern.
2 zeigt den Betriebsbereich von sowohl der HCCI-Verbrennung wie auch der fremdgezündeten Verbrennung der HCCI-Maschine 1. Das Diagramm der 2 weist eine vertikale Achse auf, die die Maschinenlast darstellt, und eine horizontale Achse, die die Maschinendrehzahl darstellt. Der fremdgezündete Verbrennungsbereich umgibt den HCCI-Verbrennungsbereich. Die Pfeile, die aus 2 ersichtlich sind, stellen verschiedene Schaltmuster der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung dar. Die in 3 bis 5 gezeigten Schaltmuster sind Beispiele der verschiedenen Verbrennungsbetriebsartumschaltmuster, die aus 2 ersichtlich sind.
3 bis 5B zeigen die Schaltmuster der HCCI-Verbrennung zur fremdgezündeten Verbrennung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die vertikale Achse in 3 zeigt:

(a) Drosselöffnungsgrad TA;
(b) maximale Auslasshubmenge EL;
(c) maximale Einlasshubmenge IL;
(d) interne EGR-Menge Qegr in der Brennkammer 10; und
(e) Moment T der HCCI-Maschine.

Die horizontale Achse in 3 stellt die Anzahl der Verbrennungszyklen dar. 3 zeigt:

(A) gleichmäßiger Betriebszeitraum der HCCI-Verbrennung;
(B) Umschaltzeitraum von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung; und
(C) gleichmäßiger Betriebszeitraum der fremdgezündeten Verbrennung (SI-Verbrennung).

Die ECU 5 steuert den Drosselöffnungsgrad TA, die maximale Auslasshubmenge EL und die maximale Einlasshubmenge IL, und steuert dabei die interne EGR-Menge Qegr und das Moment T.
4A, 4B, 5A und 5B zeigen die Einlasshubmenge und die Auslasshubmenge, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird. 4A zeigt eine erste Einlasshubmenge und eine erste Auslasshubmenge zu der Zeit des gleichmäßigen Betriebs der HCCI-Verbrennung. 4A zeigt nämlich ein Einlassnockenprofil des Einlassventils 11v und ein Auslassnockenprofil des Auslassventils 12v zu dem Zeitpunkt t0 in 3. 5B zeigt eine zweite Einlasshubmenge und eine zweite Auslasshubmenge zu der Zeit des gleichmäßigen Betriebs der fremdgezündeten Verbrennung. 5B zeigt nämlich das Einlassnockenprofil des Einlassventils 11v und das Auslassnockenprofil des Auslassventils 12v zu dem Zeitpunkt t4 in 3. Die horizontale Achse in 4A bis 5B zeigt den Kurbelwinkel. Die vertikale Achse in 4A bis 5B zeigt die Einlasshubmenge und die Auslasshubmenge.
Wie aus 3(a) ersichtlich ist, wird der Drosselöffnungsgrad TA eingestellt, um der erste Drosselöffnungsgrad TA1 zu dem Zeitpunkt t0 zu der Zeit der HCCI-Verbrennung zu sein, und wird eingestellt, der zweite Drosselöffnungsgrad TA2 zum Zeitpunkt t4 zur Zeit der fremdgezündeten Verbrennung zu sein. Der erste Drosselöffnungsgrad TA1 ist größer als der zweite Drosselöffnungsgrad TA2.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Drosselöffnungsgrad TA1 eingestellt, ein vollständig offener Zustand der Drossel 3 zu sein. Ein Druckunterschied wird in dem Einlassdurchtritt 11p zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt und dem stromabwärtigen Abschnitt mit Bezug auf die Drossel 3 verursacht. Der Einlasssaugdruck wird in dem Einlassdurchtritt 11p an dem stromabwärtigen Abschnitt mit Bezug auf die Drossel 3 verursacht. In dem stromaufwärtigen Abschnitt des Einlassdurchtritts 11p mit Bezug auf die Drossel 3 befindet sich ein Umgebungsdruck. Der erste Drosselöffnungsgrad TA1 wird bevorzugt so eingestellt, dass er ein vollständig geöffneter Zustand der Drossel 3 ist, um einen Pumpverlust durch das Einstellen des Einlasssaugdrucks näher an dem atmosphärischen Druck zu reduzieren. Der zweite Drosselöffnungsgrad TA2 ist ein Drosselöffnungsgrad, der abhängig von dem Betriebsbereich der HCCI-Maschine 1 für die fremdgezündete Verbrennung notwendig ist.
Eine durchgehende Linie in 4A stellt die erste Einlasshubmenge IL1 und die erste Auslasshubmenge EL1 dar. Eine punktierte Linie in 4A zeigt die zweite Einlasshubmenge IL2 und die zweite Auslasshubmenge EL2. Die punktierte Linie stellt ein Vergleichsbeispiel in 4A bis 5B dar.
Die ECU 5 schaltet die maximale Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zu der zweiten Auslasshubmenge EL2 zu dem Zeitpunkt t1 um. 4B zeigt einen Zustand direkt nachdem das Auslassventil 12v umgeschaltet wurde, oder direkt nach dem Zeitpunkt t1. Mit anderen Worten zeigt 4B einen Zustand, direkt nachdem die maximale Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1, die durch die punktierte Linie dargestellt ist, zu der zweiten Auslasshubmenge EL2 umgeschaltet wurde, die durch die durchgehende Linie dargestellt ist. Der variable Auslassventilmechanismus 12a schaltet den Auslassnocken 12c von dem Nocken mit niedrigem Hub zu dem Nocken mit hohem Hub, um das Auslassventil 12v umzuschalten. Deswegen wird die maximale Auslasshubmenge EL erhöht, und die Ventilzeit des Auslassventils wird erhöht. Ein Anstieg der Ventilzeit des Auslassventils ändert die Auslassventilöffnungs-/-schließzeit. Mit anderen Worten wird die Auslassschließzeit ETcls, die im Wesentlichen der Schließzeit des Auslassventils 12v entspricht, geringfügig verzögert.
Die ECU 5 stellt die Auslassschließzeit ETcls zum Zeitpunkt t1 derart ein, dass die HCCI-Verbrennung ohne das Ausführen der Fremdzündung beibehalten wird, und die interne EGR-Menge sichergestellt ist. Wie aus 4B ersichtlich ist, wird die Auslassschließzeit ETcls vor dem Auslasstotpunkt TDC eingestellt. Wenn die Auslassschließzeit ETcls verzögert wird, nähert sich die Auslassschließzeit ETcls dem Auslasstotpunkt TDC.
Die ECU 5 schaltet die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 zu dem Zeitpunkt t3 um. Mit anderen Worten schaltet die ECU 5 das Auslassventil 12v zu dem Zeitpunkt t1 um, um den Zustand beizubehalten, in dem das interne EGR-Gas vorhanden ist, bevor das Einlassventil 11v zu dem Zeitpunkt t3 umgeschaltet wird. Wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, schaltet die ECU 5 nämlich das Auslassventil 12v um, während das interne EGR-Gas sichergestellt ist, bevor das Einlassventil 11v umgeschaltet wird.
Da die Auslassschließzeit ETcls geringfügig zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 verzögert ist, wird die interne EGR-Menge Qegr zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 verzögert, wie aus 3(d) ersichtlich ist. Zu dem Zeitpunkt t2 ist der Drosselöffnungsgrad TA noch immer dem ersten Drosselöffnungsgrad TA1 gleich, der vollständig geöffnet ist. Ein Absinken der internen EGR-Menge Qegr bedeutet einen Anstieg der Einlassluftmenge von dem Einlassdurchtritt 11p zu der Brennkammer 10. Da jedoch die ECU 5 die maximale Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zur zweiten Auslasshubmenge El2 umschaltet, um die interne EGR-Menge Qegr sicherzustellen, ist die Schwankung der Einlassluftmenge moderat. Daher erhöht sich das Moment T, das von der HCCI-Maschine 1 verursacht wird, um eine kleine Menge, jedoch wird verhindert, dass das Moment T stark ansteigt. Dies unterdrückt das Auftreten der plötzlichen Änderungen des Moments T der HCCI-Maschine 1.
Eine punktierte Linie in 3(e) zeigt eine Momentkurve eines Vergleichsbeispiels. Gemäß dem Vergleichsbeispiel wird zum Beispiel die maximale Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zu der gleichen Zeit zu der zweiten Auslasshubmenge EL2 umgeschaltet, wenn die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 umgeschaltet wird. In dem Fall des Vergleichsbeispiels wird die Einlassluftmenge plötzlich geändert, und das Moment T wird stark erhöht, da kein internes EGR-Gas vorhanden ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird gemäß dem Vergleichsbeispiel die Einlassluftmenge zu der Brennkammer 10 plötzlich geändert, bevor und nachdem die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Schwankung des Moments T verglichen mit einem Fall moderat, in dem zuerst der Drosselöffnungsgrad TA kleiner gemacht wird, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird.
Nach dem Zeitpunkt t2 verzögert die ECU 5 die Auslassschließzeit ETcls, um die interne EGR-Menge Qegr zu reduzieren, wie aus 3(d) ersichtlich ist. Entsprechend steuert die ECU 5 die Auslassschließzeit ETcls, um die Einlassluftmenge in die Brennkammer 10 zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet die Einlassluft in die Brennkammer 10 das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das bei dem Mischabschnitt 4 erzeugt wird. 5A zeigt einen Zustand zwischen den Zeitpunkten t2 und t3. Die Auslassschließzeit ETcls in 5A wird von der Auslassschließzeit ETcls in 4B verzögert. Deswegen verzögert die ECU 5 die Auslassschließzeit ETcls, um die interne EGR-Menge Qegr allmählich zu reduzieren. Als Ergebnis wird unterdrückt, dass sich die Einlassluftmenge in die Brennkammer 10 plötzlich ändert. Dies unterdrückt das Auftreten der plötzlichen Änderungen des Moments T, wie durch die durchgehende Linie in 3(e) dargestellt ist.
Während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 verzögert die ECU 5 die Auslassschließzeit ETcls, um die interne EGR-Menge Qegr zu reduzieren, wie aus 3(d) ersichtlich ist, und reduziert den Drosselöffnungsgrad TA, wie aus 3(a) ersichtlich ist. Das Verringern der internen EGR-Menge Qegr, das aus 3(d) ersichtlich ist, bedeutet einen Anstieg der Einlassluftmenge in die Brennkammer 10. Andererseits bedeutet das Verringern des Drosselöffnungsgrads TA, das aus 3(a) ersichtlich ist, das Verringern der Einlassluftmenge in die Brennkammer 10. Deswegen unterdrückt während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 die gleichzeitige Betätigung des Reduzierens des Drosselöffnungsgrads TA und des Reduzierens der internen EGR-Menge Qegr weiter die plötzliche Schwankung der Einlassluftmenge in die Brennkammer 10. Mit anderen Worten wird die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet, während das Auftreten der plötzlichen Änderungen des Moments T weiter unterdrückt wird.
Zu dem Zeitpunkt t3 wird der Drosselöffnungsgrad TA auf den zweiten Drosselöffnungsgrad TA2 reduziert. Die interne EGR-Menge Qegr, die erforderlich ist, um zu verhindern, dass die HCCI-Verbrennung abhängig von dem Betriebsbereich der HCCI-Maschine 1 schwierig wird, wird als kritische EGR-Menge Qegr0 bezeichnet. Der Zustand, in dem die HCCI-Verbrennung schwierig ist, betrifft einen Zustand, in dem die interne EGR-Menge Qegr reduziert ist, so dass die Temperatur in dem Zylinder der HCCI-Maschine 1 nicht ausreichend ansteigt, und die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der HCCI-Verbrennung bemerkenswert verschlechtert ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die interne EGR-Menge Qegr zu dem Zeitpunkt t3 größer als die kritische EGR-Menge Qegr0. Deswegen schaltet die ECU 5 zu dem Zeitpunkt t3 die maximale Einlasshubmenge EL von der ersten Einlasshubmenge EL1 zu der zweiten Einlasshubmenge EL2 um.
Falls die interne EGR-Menge Qegr, die erhalten wird, wenn der Drosselöffnungsgrad TA auf den zweiten Drosselöffnungsgrad TA2 reduziert wird, kleiner wird als die kritische EGR-Menge Qegr0, schaltet die ECU 5 die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 um, wenn die interne EGR-Menge Qegr größer als die kritische EGR-Menge Qegr0 ist. Mit anderen Worten kann die ECU 5 die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 vor dem Zeitpunkt t3 umschalten. Falls die HCCI-Verbrennung schwierig auszuführen sein wird, bevor der Drosselöffnungsgrad TA auf den zweiten Drosselöffnungsgrad TA2 reduziert wird, schaltet die ECU 5 die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 vor einem Zeitpunkt um, zu dem die HCCI-Verbrennung schwierig auszuführen sein wird.
Zu dem Zeitpunkt t3 schaltet die ECU 5 die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 um. Mit anderen Worten schaltet der variable Ventilmechanismus 11a den Einlassnocken 11c von dem Nocken mit niedrigem Hub zu dem Nocken mit hohem Hub um. Deswegen wird die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1, die aus 5A ersichtlich ist, zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 umgeschaltet, die aus 5B ersichtlich ist. Die maximale Einlasshubmenge IL und die Ventildauer des Einlassventils steigen nämlich. Wie aus 5B ersichtlich ist, wird die Öffnungszeit des Einlassventils 11v von dem Totpunkt vorgezogen, da der Lufteinlassvorgang in die Brennkammer 10 geringfügig nach dem Zeitpunkt begonnen wird, zu dem das Einlassventil 11v geöffnet wird.
Wenn die interne EGR-Menge Qegr zu dem Zeitpunkt t4 0 ist, beginnt die ECU 5 den gleichmäßigen Betrieb der Fremdzündung durch die Zündkerze 60c. Die Einlassluftmenge in die Brennkammer 10 wird wegen des Umschaltens von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 erhöht. Da jedoch der Drosselöffnungsgrad TA auf den zweiten Drosselöffnungsgrad reduziert wurde, ist die Schwankung der Einlassluftmenge nicht groß. Deswegen ist die Schwankung des Moments T unterdrückt, um klein zu sein. Entsprechend schaltet die ECU 5 die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung um.
Die vorliegende Ausführungsform weist folgende Vorteile auf.

1) Wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, führt die ECU 5 die folgenden Vorgänge a) und b) aus, bevor die maximale Einlasshubmenge IL von der ersten Einlasshubmenge IL1 zu der zweiten Einlasshubmenge IL2 umgeschaltet wird: a): Umschalten der maximalen Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zu der zweiten Auslasshubmenge EL2, während die interne EGR-Menge Qegr sichergestellt ist; und b): Verzögern der Auslassschließzeit ETcls, um die interne EGR-Menge Qegr nach dem Umschalten der maximalen Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zu der zweiten Auslasshubmenge EL2 zu reduzieren.

Deswegen ist die interne EGR-Menge Qegr direkt nachdem die maximale Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zu der zweiten Auslasshubmenge EL2 umgeschaltet wurde, sichergestellt. Dies unterdrückt die plötzliche Änderung der Einlassluftmenge von dem Einlassdurchtritt 11p in die Brennkammer 10 während eines Zeitraums zwischen bevor und nachdem die maximale Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zu der zweiten Auslasshubmenge EL2 umgeschaltet wird. Außerdem verzögert die ECU 5 die Auslassschließzeit ETcls, um die interne EGR-Menge Qegr nach dem Umschalten der maximalen Auslasshubmenge EL zu reduzieren. Entsprechend wird die Verbrennungsbetriebsart zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet, da die Einlassluftmenge allmählich geändert wird. Mit anderen Worten wird die auf die Fähigkeit der Einlassluftmenge folgende Änderung an einer Verschlechterung verhindert, wenn die Auslassschließzeit ETcls verzögert wird. Dies unterdrückt die plötzliche Änderung der Einlassluftmenge, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird. Entsprechend wird das Auftreten der plötzlichen Änderungen des Moments T unterdrückt. Außerdem sind eine frühe Zündung oder ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch der HCCI-Maschine 1 verhindert.

(2) Nach dem Umschalten auf die zweite Einlasshubmenge EL2 b): verzögert die ECU 5 die Auslassschließzeit ETcls und reduziert gleichzeitig den Drosselöffnungsgrad TA. Mit anderen Worten wird während eines Zeitraums von dem Zeitpunkt t2 zu dem Zeitpunkt t3 die Einlassluftmenge wegen der Verringerung des Drosselöffnungsgrads TA reduziert und die Einlassluftmenge wegen der Verringerung der internen EGR-Menge Qegr gleichzeitig erhöht. Entsprechend wird die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet, während die Einlassluftmenge allmählich während eines Zeitraums von dem Zeitpunkt t2 zu dem Zeitpunkt t3 geändert wird.
(3) Der variable Einlassmechanismus 11a schaltet den Einlassnocken 11c von dem Nocken mit niedrigem Hub zu dem Nocken mit hohem Hub um. Der variable Auslassventilmechanismus 12a schaltet den Auslassnocken 12c von dem Nocken mit niedrigem Hub zu dem Nocken mit hohem Hub um. Deswegen weisen sowohl der Einlassventilmechanismus 11a wie auch der Auslassventilmechanismus 12a im Gegensatz zum komplizierten variablen Ventilmechanismus einer elektromagnetisch angetriebenen Bauart eine einfache Konstruktion auf.
(4) Nachdem damit begonnen wird, das interne EGR-Gas zu reduzieren, schaltet die ECU 5 das Einlassventil 11v zu einer Zeit um, die früher als die Zeit ist, wenn der Drosselöffnungsgrad TA verringert wird, um den Öffnungsgrad, der für die fremdgezündete Verbrennung erforderlich ist, und früher als die Zeit, die vor dem Zeitpunkt liegt, wenn die HCCI-Verbrennung schwierig auszuführen sein wird. Als Ergebnis schaltet die ECU 5 zuverlässig die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung um. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird die Verbrennungsbetriebsart zuverlässig von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung sogar umgeschaltet, falls die HCCI-Maschine 1 nicht mit einem in dem Zylinder eingebauten Einspritzer angeordnet ist.

Die folgende Ausführungsform kann abgeändert werden wie folgt.
Die Einlassventilcharakteristiken wie zum Beispiel die Einlasshubmenge und die Ventilöffnungs-/-schließzeit des Einlassventils 11v kann durch einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus umgeschaltet werden. Ähnlich können die Auslassventilcharakteristiken EL wie zum Beispiel die Ventilhubmenge und die Ventilöffnungs-/-schließzeit des Auslassventils 12v durch einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus umgeschaltet werden.
Der erste Drosselöffnungsgrad TA1 kann kleiner als der vollständig geöffnete Zustand der Drossel 3 sein.
Der variable Einlassventilmechanismus 11a kann einen Mechanismus aufweisen, um die maximale Einlasshubmenge IL zu ändern, und einen Mechanismus, um die Ventilöffnungs-/-schließzeit getrennt zu ändern. Ähnlich kann der variable Auslassventilmechanismus 12a einen Mechanismus aufweisen, um die maximale Auslasshubmenge EL zu ändern und einen Mechanismus, um die Ventilöffnungs-/-schließzeit getrennt zu ändern.
Wenn die maximale Auslasshubmenge EL von der ersten Auslasshubmenge EL1 zu der zweiten Auslasshubmenge EL2 umgeschaltet wird, kann das interne EGR-Gas reduziert werden, und die Zündfähigkeit der HCCI-Maschine 1 kann verschlechtert werden. In einem derartigen Fall kann die Zündkerze 60c die Maschine zusätzlich zünden. Die ECU 5 ist in der Lage, die Fremdzündung unabhängig von dem Betrieb des variablen Einlassmechanismus 11a und des variablen Auslassmechanismus 12a zu steuern.
Nach dem Zeitpunkt t2 kann die ECU 5 die Maschine mit der Zündkerze 60c hilfsweise zünden, um die Verbrennung der HCCI-Maschine 1 zu stabilisieren, während die interne EGR-Menge Qegr stabilisiert wird.
Eine ECU (5) schaltet eine Verbrennungsbetriebsart einer HCCI-Maschine (1) von einer HCCI-Verbrennung zu einer fremdgezündeten Verbrennung um. Die ECU (5) führt die folgenden Vorgänge (a) und (b) durch, bevor eine Einlasshubmenge von einer ersten Einlasshubmenge (IL1) zu einer zweiten Einlasshubmenge (IL2) umgeschaltet wird (t3):

a) Umschalten (t1) einer Auslasshubmenge von einer ersten Auslasshubmenge (EL1) zu einer zweiten Auslasshubmenge (EL2), während eine interne EGR-Menge (Qegr) sichergestellt ist, und
b) Verzögern (t2 bis t3) einer Schließzeit (ETcls) eines Auslassventils (12v), um die interne EGR-Menge (Qegr) nach dem Umschalten der Auslasshubmenge von der ersten Auslasshubmenge (EL1) zu der zweiten Auslasshubmenge (EL2) zu reduzieren.

Claims

Maschine (1) mit Kompressionszündung mit homogener Ladung (HCCI), wobei die HCCI-Maschine (1) ermöglicht, dass eine Verbrennungsbetriebsart zwischen einer HCCI-Verbrennung und einer fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, und die HCCI-Maschine (1) umfasst: eine Brennkammer (10); ein Einlassventil (11v); ein Auslassventil (12v); einen variablen Einlassventilmechanismus (11a) zum Ändern einer Einlasshubmenge (IL), die eine Hubmenge des Einlassventils (11v) ist, wobei die Einlasshubmenge in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Einlasshubmenge (IL1) eingestellt ist, und die Einlasshubmenge in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Einlasshubmenge (IL2) eingestellt ist; einem variablen Auslassventilmechanismus (12a) zum Ändern einer Auslasshubmenge (VL), die eine Hubmenge des Auslassventils (12v) ist, wobei die Auslasshubmenge in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Auslasshubmenge (EL1) eingestellt ist, und die Auslasshubmenge in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Auslasshubmenge (EL2) eingestellt ist; und einer Steuereinrichtung (5) zum Steuern des variablen Einlassventilmechanismus (11a) und des variablen Auslassventilmechanismus (12a), wobei die HCCI-Maschine dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinrichtung (5) eine interne EGR-Menge (Qegr) einstellt, die die Menge des verbrannten Gases, das zu der Zeit der HCCI-Verbrennung in der Brennkammer (10) verbleibt, einschließt, indem sie einen negativen Ventilüberlappungszeitraum einstellt, während dem sowohl das Einlassventil (11v) wie auch das Auslassventil (12v) geschlossen sind, damit nicht das gesamte verbrannte Gas aus der Brennkammer (10) abgegeben wird, und wobei, wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, die Steuereinrichtung (5) die folgenden Vorgänge a) und b) ausführt, bevor (t3) die Einlasshubmenge von der ersten Einlasshubmenge (IL1) zu der zweiten Einlasshubmenge (IL2) umgeschaltet wird a): Umschalten (t1) der Auslasshubmenge von der ersten Auslasshubmenge (EL1) zu der zweiten Auslasshubmenge (EL2), während die interne EGR-Menge (Qegr) sichergestellt ist, und b): Verzögern (t2 bis t3) einer Schließzeit (ETcls) des Auslassventils (12v), um die interne EGR-Menge (Qegr) nach dem Umschalten der Auslasshubmenge von der ersten Auslasshubmenge (EL1) zu der zweiten Auslasshubmenge (EL2) zu reduzieren.
HCCI-Maschine (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das außerdem Umfassen einer Drossel (3), wobei der Öffnungsgrad (TA) der Drossel (3) gesteuert ist, um die Einlassluftmenge in die Brennkammer (10) zu steuern, und wobei nach dem Umschalten zu der zweiten Auslasshubmenge (EL2), die Steuereinrichtung (5) den Drosselöffnungsgrad (TA) (t2 bis t3) reduziert, während eine Schließzeit (ETcls) des Auslassventils (12v) verzögert wird.
HCCI-Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Auslassventilmechanismus (12a) einen Nocken mit niedrigem Hub und einen Nocken mit hohem Hub aufweist, um das Auslassventil (12v) anzutreiben, und der variable Auslassventilmechanismus (12a) das Auslassventil zwischen dem Nocken mit niedrigem Hub und dem Nocken mit hohem Hub umschaltet, um die Auslasshubmenge zu steuern.
HCCI-Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselöffnungsgrad (TA) in der HCCI-Verbrennung auf einen ersten Drosselöffnungsgrad (TA1) eingestellt ist, und der Drosselöffnungsgrad (TA) zu der Zeit der fremdgezündeten Verbrennung auf einen zweiten Drosselöffnungsgrad (TA2) eingestellt ist, und der zweite Drosselöffnungsgrad (TA2) kleiner als der erste Drosselöffnungsgrad (TA1) ist, wobei die Steuereinrichtung (5) das Umschalten der Einlasshubmenge von der ersten Einlasshubmenge (IL1) zu der zweiten Einlasshubmenge (IL2) zu einer Zeit beginnt, die die frühere Zeit ist aus: c): dem Zeitpunkt (t3), wenn der Drosselöffnungsgrad (TA) auf den zweiten Drosselöffnungsgrad (TA2) reduziert wird, und d): direkt vor einem Zeitpunkt, wenn die HCCI-Verbrennung wegen des Absinkens der internen EGR-Menge (Qegr) schwierig auszuführen ist.
Verfahren zum Steuern einer Maschine (1) mit Kompressionszündung mit homogener Ladung, wobei die HCCI-Maschine (1) ermöglicht, dass eine Verbrennungsbetriebsart zwischen einer HCCI-Verbrennung und einer fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, und die HCCI-Maschine (1) umfasst: eine Brennkammer (10); ein Einlassventil (11v); ein Auslassventil (12v); einen variablen Einlassventilmechanismus (11a) zum Ändern einer Einlasshubmenge (IL), die eine Hubmenge des Einlassventils (11v) ist, wobei die Einlasshubmenge in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Einlasshubmenge (IL1) eingestellt ist, und die Einlasshubmenge in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Einlasshubmenge (IL2) eingestellt ist, und einem variablen Auslassventilmechanismus (12a) zum Ändern einer Auslasshubmenge (VL), die eine Hubmenge des Auslassventils (12v) ist, wobei die Auslasshubmenge in der HCCI-Verbrennung auf eine erste Auslasshubmenge (EL1) eingestellt ist, und die Auslasshubmenge in der fremdgezündeten Verbrennung auf eine zweite Auslasshubmenge (EL2) eingestellt ist; wobei das Steuerverfahren gekennzeichnet ist durch das Umfassen folgender Schritte: Einstellen einer internen EGR-Menge (Qegr), die die Menge von verbranntem Gas einschließt, das zu der Zeit der HCCI-Verbrennung in der Brennkammer (10) verbleibt, durch das Einstellen eines negativen Ventilüberlappungszeitraums, während dem sowohl das Einlassventil (11v) wie auch das Auslassventil (12v) geschlossen sind, derart, dass nicht das gesamte verbrannte Gas aus der Brennkammer (10) abgegeben wird; und Ausführen der folgenden Vorgänge a) und b), bevor die Einlasshubmenge von der ersten Einlasshubmenge (IL1) zu der zweiten Einlasshubmenge (IL2) umgeschaltet wird (t3), wenn die Verbrennungsbetriebsart von der HCCI-Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung umgeschaltet wird, a): Umschalten (t1) der Auslasshubmenge von der ersten Auslasshubmenge (EL1) zu der zweiten Auslasshubmenge (EL2), während die interne EGR-Menge (Qegr) sichergestellt ist, und b): Verzögern (t2 bis t3) einer Schließzeit (ETcls) des Auslassventils (12v), um die interne EGR-Menge (Qegr) nach dem Umschalten der Auslasshubmenge von der ersten Auslasshubmenge (EL1) zu der zweiten Auslasshubmenge (EL2) zu reduzieren.