DE102009011857B4

DE102009011857B4 - Zündfunken-Timing und -steuerung während Übergängen zwischen funkengezündeter Verbrennung und homogener Kompressionszündung

Info

Publication number: DE102009011857B4
Application number: DE102009011857.8A
Authority: DE
Inventors: Vijay Ramappan; Allen B. Rayl; Jun-Mo Kang; Peter Kafarnik; Matthew A. Wiles; Hanho Yun
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: US7975668B2; DE102009011857A1; CN101532459B; CN101532459A; US20090229562A1

Abstract

Steuersystem (100) für einen Motor (102), umfassend: ein Luft-pro-Zylinder-Erzeugungsmodul (APC-Erzeugungsmodul), das einen gemessenen und einen gewünschten APC-Wert erzeugt; ein Verbrennungs-Übergangsmodul, das den Motor (102) selektiv von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung überleitet; ein Zündfunken-Steuermodul (298), das einen Zündfunken während der Übergänge basierend auf einem Verhältnis des gemessenen APC-Werts und des gewünschten APC-Werts selektiv nach spät verstellt, wobei das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken nach spät verstellt, wenn der gemessene APC-Wert größer als der gewünschte APC-Wert ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/035,593, die am 11. März 2008 eingereicht wurde. Die Offenbarung der obigen Anmeldung ist hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorsteuersysteme und insbesondere Motorsteuersysteme für Motoren, die sowohl in einem Funkenzündungsmodus als auch in einem Modus mit homogener Kompressionszzündung arbeiten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
Motoren können in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) und in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) betrieben werden. Der HCCI-Modus bezieht sich auf ein Verdichten eines Gemischs aus Kraftstoff und einem Oxidationsmittel bis zu einem Punkt einer Selbstzündung. Der HCCI- und der SI-Modus können basierend auf der Motordrehzahl und -last ausgewählt werden. In dem HCCI-Modus tritt die Zündung an verschiedenen Orten zur gleichen Zeit auf, was ein nahezu gleichzeitiges Verbrennen des Kraftstoff/Luftgemischs erzeugt.
Der HCCI-Modus arbeitet nahe an einem idealen OTTO-Zyklus, liefert eine verbesserte Betriebseffizienz (arbeitet magerer und mit niedrigeren Pumpverlusten aufgrund einer geringeren Ansaugluftdrosselung) und erzeugt geringere Emissionsniveaus im Vergleich zu einem mageren Betrieb bei Motoren mit Funkenzündung (SI). Da es jedoch keinen direkten Auslöser der Verbrennung gibt, kann der Zündungsprozess schwieriger zu steuern sein.
Um den Betrieb während des HCCI-Modus einzustellen, kann ein Steuersystem die Bedingungen verändern, welche die Verbrennung hervorrufen. Beispielsweise kann das Steuersystem effektive Verdichtungsverhältnisse, die erzeugte Gastemperatur, den erzeugten Gasdruck oder die Quantität des zurückgehaltenen oder zurückgeführten Abgases einstellen. Verschiedene Ansätze wurden verwendet, um die Einstellungen auszuführen und dadurch den HCCI-Betriebsbereich zu erweitern, indem eine genauere Steuerung über die Temperatur-Druck-Zeit-Entwicklungen in einer Verbrennungskammer geschaffen wurde.
Ein Steueransatz verwendet ein variables Ventiltiming, um das effektive Verdichtungsverhältnis einzustellen. Das Verdichtungsverhältnis kann beispielsweise gesteuert werden, indem eingestellt wird, wann Ansaugventile öffnen und schließen. Die Menge des Abgases, das in einer Verbrennungskammer zurückgehalten wird, kann durch eine Ventilwiederöffnung und/oder eine Ventilüberlappung gesteuert werden.
Ein anderer Ansatz wird als ein Ansatz mit ”2-stufigem” Einlass- und Auslassventilhub bezeichnet, der ein Umschalten von Einlass- und Auslassventilmoden zwischen einem Zustand mit hohem Hub und einem Zustand mit niedrigem Hub umfasst. Während des Zustands mit hohem Hub werden die Einlass- und Auslassventile auf ein hohes Niveau gehoben, um einer Luftmenge zu erlauben, in die entsprechenden Zylinder einzutreten. Während des Zustands mit niedrigem Hub werden die Ventile auf ein niedriges Niveau umgeschaltet, das einer relativ zu dem Zustand mit hohem Hub kleineren Luftmenge erlaubt, in die entsprechenden Zylinder einzutreten.
Der 2-stufige Ansatz neigt dazu, inkonsistente und nicht einheitliche Übergänge zwischen dem SI- und dem HCCI-Modus aufzuweisen. Mit anderen Worten kann es unerwünschte Drehmomentstörungen während der Übergänge geben.
Die nachveröffentlichte Druckschrift EP 2 058 499 A2 beschreibt ein Steuersystem und ein Steuerverfahren für einen Motor, der selektiv von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und umgekehrt übergeleitet wird. Bei der Überleitung werden Motorparameter geeignet modifiziert bzw. geregelt, und zwar beispielsweise die Luft pro Zylinder und die Verstellung des Zündfunkens.
Ähnliche Systeme sind in der US 2007/0215095 A1 und in der DE 103 59 585 A1 beschrieben, bei denen die Überleitung zwischen der SI-Verbrennung und der HCCI-Verbrennung und umgekehrt jedoch mittels einer Regelung der Abgastemperatur oder der Abgasrückführung bzw. mittels der Regelung der Ventile des Motors gesteuert wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem und ein Verfahren für einen Motor zu schaffen, mit denen unerwünschte Drehmomentstörungen während der Übergänge zwischen der SI- und der HCCI-Verbrennung vermieden werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 6 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 oder 20.
Ein Steuersystem für einen Motor umfasst ein Luft-pro-Zylinder (APC) erzeugendes Modul, das gemessene und gewünschte APC-Werte erzeugt. Ein Verbrennungs-Übergangsmodul leitet den Motor selektiv von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung über. Ein Zündfunken-Steuermodul verstellt den Zündfunken während der Übergänge basierend auf einem Verhältnis des gemessenen APC-Werts und des gewünschten APC-Werts selektiv nach spät.
Erfindungsgemäß wird der Zündzeitpunkt nach spät verstellt, wenn der gemessene APC-Wert größer als der gewünschte APC-Wert ist.
Gemäß anderen Merkmalen verwendet ein Hubeinstellungsmodul während der HCCI-Verbrennung einen ersten Einlass- und Auslasshubzustand und während der SI-Verbrennung einen zweiten Einlass- und Auslasshubzustand. Wenn von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung übergegangen wird, schaltet das Hubeinstellungsmodul in den zweiten Einlass- und Auslasshubzustand um, und dann verstellt das Zündfunken-Steuermodul den Zündfunken nach spät. Ein Drosselsteuermodul steuert eine Drossel des Motors in eine anforderungsbasierte Drosselposition. Wenn von der SI-Verbrennung zu der HCCI-Verbrennung übergegangen wird, steuert ein Drosselsteuermodul eine Drossel des Motors in eine Übergangsposition, das Zündfunken-Steuermodul verstellt den Zündfunken nach spät, und das Hubeinstellungsmodul schaltet in den ersten Einlass- und Auslasshubzustand um.
Ein Steuersystem für einen Motor umfasst ein Modul zum Erzeugen eines ein Motordrehmoment repräsentierenden Werts (ETRV, von engine torque representing value), das einen gemessenen und einen gewünschten ETRV-Wert erzeugt. Ein Verbrennungs-Übergangsmodul leitet den Motor selektiv von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung über. Ein Zündfunken-Steuermodul verstellt den Zündfunken während der Übergänge basierend auf einem Verhältnis des gemessenen ETRV-Werts und des gewünschten ETRV-Werts selektiv nach spät.
Erfindungsgemäß verstellt das Zündfunken-Steuermodul den Zündfunken nach spät, wenn der gemessene ETRV-Wert größer als der gewünschte ETRV-Wert ist.
Gemäß anderen Merkmalen verwendet ein Hubeinstellungsmodul während der HCCI-Verbrennung einen ersten Einlass- und Auslasshubzustand und während der SI-Verbrennung einen zweiten Einlass- und Auslasshubzustand. Wenn von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung übergegangen wird, schaltet das Hubeinstellungsmodul in den zweiten Einlass- und Auslasshubzustand um, und das Zündfunken-Steuermodul verstellt den Zündfunken nach spät.
Das Zündfunken-Steuermodul blendet den Zündfunken während des Übergangs ein, um ein gewünschtes Drehmoment aufrecht zu erhalten, bis der Zündfunken auf einen mittleren Bestdrehmomentwert (MBT-Wert) zurückgestellt werden kann, und umfasst ferner ein Drosselsteuermodul, das eine Drossel des Motors in eine anforderungsbasierte Drosselposition steuert.
Gemäß anderen Merkmalen steuert ein Drosselsteuermodul eine Drossel des Motors in eine Übergangsposition, verstellt das Zündfunken-Steuermodul den Zündfunken nach spät, und schaltet das Hubeinstellungsmodul in den ersten Einlass- und Auslasshubzustand um, wenn von der SI-Verbrennung zu der HCCI-Verbrennung übergegangen wird.
Gemäß anderen Merkmalen umfassen der gemessene und der gewünschte ETRV-Wert einen gemessenen bzw. gewünschten mittleren Netto-Effektivdruck (NMEP, von net mean effective pressure). Der gemessene und der gewünschte ETRV-Wert umfassen einen gemessenen bzw. einen gewünschten angegebenen mittleren Effektivdruck (IMEP, von indicated mean effective pressure).
Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der hierin vorgesehenen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1A ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuersystems ist, das gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem SI- und einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet;
1B ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Ventilhub-Steuersystems ist;
2 und 3 Funktionsblockdiagramme beispielhafter Module zur Berechnung einer Zündfunkenverstellung nach spät sind; und
4 Schritte eines Verfahrens zum Betreiben des Motorsteuersystems darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Das Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung betreibt den Motor in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) oder in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus). Das Motorsteuersystem betreibt den Motor bei niedrigen bis mittleren Lasten und niedrigen bis mittleren Motordrehzahlen in dem HCCI-Modus. Das Motorsteuersystem betreibt den Motor bei anderen (höheren) Lasten und Motordrehzahlen in dem SI-Modus. Die HCCI-Betriebszonen können durch Betriebskennfelder in Kalibriertabellen definiert werden.
In Abhängigkeit von dem von dem Fahrer angeforderten Drehmoment werden Modusübergänge zwischen der SI und der HCCI und zwischen der HCCI und der SI erforderlich sein. Die Modusübergänge sollten eine Verschlechterung der Fahrbarkeit des Fahrzeugs während der Modusübergänge minimieren. Zusätzlich sollte die Auswirkung auf die Fahrzeugemissionen minimiert werden.
Die Modusübergänge umfassen Änderungen des Einlass- und Auslassventilhubs. Mit anderen Worten schaltet das Motorsteuersystem von einem Profil mit hohem Hub zu einem Profil mit niedrigem Hub und umgekehrt. Es kann nicht möglich sein, Stufen in der Zylinderluftladung während der Ventilhubänderungen vollständig zu beseitigen. Daher versucht die vorliegende Offenbarung, Drehmomentzunahmen während Zeitdauern mit großen unmittelbaren Änderungen der Zylinderluftladung zu minimieren.
Eine Übergangs-Zündfunkensteuerung kann vor und nach einem Übergang in den HCCI-Betrieb und aus diesem während des Betriebs in dem SI-Modus verwendet werden. Der HCCI-Betrieb findet nahezu ungedrosselt statt (oder bei weit geöffneter Drossel) und wird in dem Zustand mit niedrigem Hub der Einlass- und Auslassventile betrieben. Daher erhöht das Motorsteuersystem entweder einen Ansaugkrümmerdruck (MAP) schnell, während in den HCCI-Betrieb übergegangen wird, oder es verringert den Ansaugkrümmerdruck (MAP) schnell, während in den SI-Betrieb übergegangen wird. Während diesen Zeitdauern mit hohem MAP und der resultierenden übermäßigen Luftströmung wird der Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt, um eine unerwünschte Drehmomentzunahme zu minimieren.
Das Motorsteuersystem verwaltet die Übergänge zwischen dem SI- und dem HCCI-Modus, indem der Zündfunken nach spät verstellt wird. Der Betrag der Zündfunkenverstellung nach spät kann auf einem Verhältnis einer gemessenen und einer gewünschten Luft pro Zylinder (APC) oder eines gemessenen und eines gewünschten das Motordrehmoment repräsentierenden Werts (ETRV) basieren. Der Zündzeitpunkt kann nach spät verstellt werden, wenn der gemessene ETRV-Wert größer als ein gewünschter ETRV-Wert ist. Der Zündzeitpunkt kann nach spät verstellt werden, wenn der gemessene APC-Wert größer als ein gewünschter APC-Wert ist.
Lediglich beispielhaft kann der ETRV auf einem angegebenen mittleren Effektivdruck (IMEP), einem mittleren Netto-Effektivdruck (NMEP), einem gemessenen Motordrehmoment und/oder beliebigen anderen geeigneten Werten basieren, die ein Motordrehmoment repräsentieren.
Nun auf 1A Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Ansaugkrümmer 110 gesaugt. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 befiehlt einem Drosselaktuatormodul 116, das Öffnen des Drosselventils 112 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern, die in den Ansaugkrümmer 110 gesaugt wird.
Luft wird aus dem Ansaugkrümmer 110 in Zylinder des Motors 102 gesaugt. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen.
Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert die durch ein Kraftstoffeinspritzsystem 124 eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen, oder es kann Kraftstoff an mehreren Orten in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert ein Zündfunkenaktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, die das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, bezeichnet als oberer Totpunkt (TDC).
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben abwärts, wodurch eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder und/oder die Einlassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder und/oder die Auslassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Das Zylinderaktuatormodul 120 kann Zylinder deaktivieren, indem Kraftstoff und Zündfunken abgeschaltet werden und/oder ihre Auslass- und/oder Einlassventile deaktiviert werden, so dass sie geschlossen bleiben, was die Luftströmung in den Zylinder oder aus diesem heraus verhindert.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114. Zusätzlich kann der Betrag eines Ventilhubs hydraulisch oder unter Verwendung anderer Verfahren eingestellt werden. Ein Hubzustandsmodul 159 steuert einen Hubzustand der Einlass- und/oder Auslassventile zwischen Zuständen mit hohem und niedrigem Hub.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Ansaugkrümmer 110 zurückleitet. Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z. B. einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, wobei das Motorvakuum die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Ansaugkrümmer 110 ist. Die Luftmasse, die in den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden.
Das ECM 114 kann eine gemessene Luft pro Zylinder (APC) basierend auf dem MAF-Signal berechnen, das von dem MAF-Sensor 186 erzeugt wird. Das ECM 114 kann eine gewünschte APC basierend auf den Motorbetriebsbedingungen, einer Betreibereingabe oder anderen Parametern schätzen. Das ECM 114 kann den ETRV der Zylinder unter Verwendung eines Zylinderdrucksensors oder eines Drehmomentsensors 199 messen. Das ECM 114 kann einen gewünschten ETRV basierend auf den Motorbetriebsbedingungen, einer Betreibereingabe oder anderen Parametern erzeugen. Die gemessene und/oder gewünschte APC und/oder der gemessene und/oder gewünschte ETRV können auch basierend auf Modellen erzeugt werden.
Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in das Motorsystem 100 gesaugt wird, kann unter Verwendung eines Ansaugluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Um abstrakt auf die verschiedenen Steuermechanismen des Motors 102 Bezug zu nehmen, kann jedes System, das einen Motorparameter variiert, als ein Aktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 die Klappenposition und damit die Öffnungsfläche des Drosselventils 112 ändern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann daher als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Öffnungsfläche der Drossel kann als eine Aktuatorposition bezeichnet werden.
Auf ähnliche Weise kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während die entsprechende Aktuatorposition ein Betrag einer Zündfunkenvorverstellung ist. Andere Aktuatoren umfassen das AGR-Ventil 170, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Kraftstoffeinspritzsystem 124 und das Zylinderaktuatormodul 120. Der Ausdruck Aktuatorposition bezogen auf diese Aktuatoren kann dem Ladedruck, der AGR-Ventilöffnung, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln, dem Luft/Kraftstoffverhältnis bzw. der Anzahl von aktivierten Zylindern entsprechen.
Die gemessenen APC-Werte können auf MAF-Werten basieren, die durch den MAF-Sensor erzeugt werden. Der MAF-Wert kann in eine Zylinderluftströmung umgewandelt werden. Der ETRV ist eine Messung des nützlichen Drucks oder der nützlichen Arbeit, der bzw. die durch die Verbrennung erzeugt wird, und kann unter der Verwendung von Drucksensoren in den Zylindern oder von Drehmomentsensoren 199 in den Zylindern direkt gemessen werden. Alternativ können die APC und der ETRV modelliert werden.
Nun auf 1B Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Ventilhub-Steuerkreises 250 gezeigt. Ein beliebiges Ventilhub-Steuersystem kann verwendet werden. Der Ventilhub-Steuerkreis 250 weist eine Einlass-/Auslassventilbaugruppe 252 auf, die mittels einer Ölpumpe 256 Öl aus einem Ölreservoir 254 empfängt. Das Öl wird vor dem Empfang durch die Ventilbaugruppe 252 durch einen Ölfilter 258 gefiltert. Das Steuermodul steuert einen Hubbetrieb der Einlass- und Auslassventile der Ventilbaugruppe 252.
Die Ventilbaugruppe 252 umfast die Einlass- und Auslassventile. Eine fest zugeordnete Einlassnockenwelle und eine fest zugeordnete Auslassnockenwelle können umfasst sein. Bei einer anderen Ausführungsform können die Einlass- und Auslassventile eine gemeinsame Nockenwelle teilen. Wenn sie sich in einem offenen Zustand befinden, können die Einlass- und Auslassventile in verschiedenen Hubzuständen arbeiten.
Die Ventilbaugruppe 252 weist auch Einstelleinrichtungen 270 für den Ventilhubzustand auf. Die Einstelleinrichtungen 270 für den Hubzustand können Öldruck-Steuerventile 272 und Ventilhub-Steuerventile aufweisen, wie zum Beispiel Solenoide 274. Andere Einstelleinrichtungen 276 für den Hubzustand, wie beispielsweise Hubstifte, Hebel, Kipphebel, Federn, Verriegelungsmechanismen, Stößel und dergleichen, können umfasst sein.
Der Ventilhub-Steuerkreis 250 kann einen Öltemperatursensor 280 und/oder einen Öldrucksensor 282 umfassen. Das Steuermodul gibt ein Signal an die Öldruck-Steuerventile 272 basierend auf Temperatur- und Drucksignalen aus, die von den Temperatur- und Drucksensoren 280, 282 empfangen werden.
Nun auf 2 und 3 Bezug nehmend, kann ein Zündfunken-Einstellmodul 298 ein SI-Zündfunken-Vorverstellungsmodul 300 umfassen, das einen Funkenzündungs-Zündfunkenwert (SI-Zündfunkenwert) erzeugt und den SI-Zündfunkenwert an ein Summierungsmodul 304 ausgibt. In 2 erzeugt ein Verhältniserzeugungsmodul 308 das Verhältnis, das auf der gemessenen und der gewünschten Luft pro Zylinder (APC_meas) bzw. APC_{des_SI} basiert. In 3 erzeugt das Verhältniserzeugungsmodul 308' ein Verhältnis, das auf dem gemessenen und dem gewünschten ETRV (ETRV_meas) bzw. (ETRV_{des_SI}) basiert.
Ein Summierungsmodul 314 erzeugt eine Differenz (die einen Drehmomentverlustwert repräsentiert) zwischen einem konstanten Wert, wie beispielsweise 1 und der Ausgabe des Verhältniserzeugungsmoduls 308. Ein Begrenzungsmodul 318 begrenzt die Ausgabe eines Summierungsmoduls 314 zwischen einem ersten und zweiten Wert (was einen begrenzten Drehmomentverlustwert repräsentiert). Lediglich beispielhaft kann das Begrenzungsmodul 318 den Drehmomentverlustwert des Summierungsmoduls 314 zwischen 0 und 0,75 (oder 0% und 75%) begrenzen. Eine Nachschlagetabelle 322 für die Zündfunkenverstellung nach spät erzeugt einen Wert für die Zündfunkenverstellung nach spät basierend auf dem begrenzten Drehmomentverlustwert. Der Wert für die Zündfunkenverstellung nach spät kann durch das Summierungsmodul 304 von dem SI-Zündfunkenwert subtrahiert werden, der durch das SI-Zündfunken-Vorverstellungsmodul 300 erzeugt wird.
Nun auf 4 Bezug nehmend, beginnt eine Steuerung mit Schritt 350. Bei Schritt 354 wählt die Steuerung entweder den HCCI-Modus oder den SI-Modus basierend auf aktuellen Motorbetriebsparametern, wie beispielsweise der Motordrehzahl, der Motorlast usw. Bei Schritt 358 ermittelt die Steuerung, ob ein Übergang von der HCCI zu der SI erforderlich ist. Wenn Schritt 358 wahr ist, schaltet die Steuerung bei Schritt 362 das Einlass- und Auslasshubprofil auf das Profil mit hohem Hub um, was die Luftladung vergrößert. Bei Schritt 363 steuert die Steuerung die Drossel zurück in die anforderungsbasierte Drosselposition oder blendet diese ein. Infolgedessen nimmt die Drehmomentabgabe zu.
Bei Schritt 364 verstellt die Steuerung den Zündfunken basierend auf entweder dem APC-basierten Verhältnis oder dem ETRV-basierten Verhältnis selektiv nach spät. Der Zündzeitpunkt kann nach spät verstellt werden, wenn der gemessene ETRV-Wert größer als ein gewünschter ETRV-Wert ist. Der Zündzeitpunkt kann nach spät verstellt werden, wenn der gemessene APC-Wert größer als ein gewünschter APC-Wert ist. Bei Schritt 368 blendet die Steuerung den Zündfunken zurück ein auf den gewünschten, optimalen oder mittleren Bestdrehmomentwert (MBT-Wert). Die Steuerung fährt von Schritt 368 zu Schritt 354 fort.
Wenn Schritt 358 falsch ist, ermittelt die Steuerung, ob ein Übergang von dem SI-Modus zu dem HCCI-Modus erforderlich ist. Wenn Schritt 380 wahr ist, wird die Drossel bei Schritt 384 gesteuert. Wenn sie geöffnet ist, wird das Drehmoment durch die Zunahme der Luftladung zunehmen. Infolgedessen nimmt die Drehmomentabgabe zu. Bei Schritt 386 verstellt die Steuerung den Zündfunken basierend auf dem APC-basierten Verhältnis oder dem ETRV-basierten Verhältnis nach spät, um ein gewünschtes Drehmoment aufrecht zu erhalten. Bei Schritt 388 schaltet die Steuerung auf das Einlass- und Auslassprofil mit niedrigem Hub um. Die Steuerung fährt von Schritt 388 zu Schritt 354 fort.
Fachleute können nun anhand der vorstehenden Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Während diese Erfindung in Verbindung mit speziellen Beispielen von diesen beschrieben wurde, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Steuersystem (100) für einen Motor (102), umfassend: ein Luft-pro-Zylinder-Erzeugungsmodul (APC-Erzeugungsmodul), das einen gemessenen und einen gewünschten APC-Wert erzeugt; ein Verbrennungs-Übergangsmodul, das den Motor (102) selektiv von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung überleitet; ein Zündfunken-Steuermodul (298), das einen Zündfunken während der Übergänge basierend auf einem Verhältnis des gemessenen APC-Werts und des gewünschten APC-Werts selektiv nach spät verstellt, wobei das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken nach spät verstellt, wenn der gemessene APC-Wert größer als der gewünschte APC-Wert ist.
Steuersystem (100) nach Anspruch 1, das ferner ein Hubeinstellungsmodul umfasst, das während der HCCI-Verbrennung einen ersten Einlass- und Auslasshubzustand und während der SI-Verbrennung einen zweiten Einlass- und Auslasshubzustand verwendet.
Steuersystem (100) nach Anspruch 2, wobei, wenn von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung übergegangen wird, das Hubeinstellungsmodul in den zweiten Einlass- und Auslasshubzustand umschaltet und das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken nach spät verstellt.
Steuersystem (100) nach Anspruch 3, wobei das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken während der Übergänge bis zu einer Rückkehr zu einem mittleren Bestdrehmomentwert (MBT-Wert) einblendet, und das ferner ein Drosselsteuermodul (116) umfasst, das eine Drossel (112) des Motors (102) in eine anforderungsbasierte Drosselposition steuert.
Steuersystem (100) nach Anspruch 1, ferner ein Drosselsteuermodul (116) umfassend, wobei, wenn von der SI-Verbrennung zu der HCCI-Verbrennung übergegangen wird, das Drosselsteuermodul (116) eine Drossel (112) des Motors (102) in eine Übergangsposition steuert, das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken nach spät verstellt und das Hubeinstellmodul in den ersten Einlass- und Auslasshubzustand umschaltet.
Steuersystem (100) für einen Motor (102), umfassend: ein Modul zur Erzeugung eines ein Motordrehmoment repräsentierenden Werts (ETRV), das einen gemessenen und einen gewünschten ETRV-Wert erzeugt; ein Verbrennungs-Übergangsmodul, das den Motor (102) selektiv von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung überleitet; ein Zündfunken-Steuermodul (298), das den Zündfunken während der Übergänge basierend auf einem Verhältnis des gemessenen ETRV-Werts und des gewünschten ETRV-Werts selektiv nach spät verstellt, wobei das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken nach spät verstellt, wenn der gemessene ETRV-Wert größer als der gewünschte ETRV-Wert ist.
Steuersystem (100) nach Anspruch 6, ferner ein Hubeinstellungsmodul umfassend, das während der HCCI-Verbrennung einen ersten Einlass- und Auslasshubzustand und während der SI-Verbrennung einen zweiten Einlass- und Auslasshubzustand verwendet.
Steuersystem (100) nach Anspruch 7, wobei, wenn von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung übergegangen wird, das Hubeinstellmodul in den zweiten Einlass- und Auslasshubzustand umschaltet und das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken nach spät verstellt.
Steuersystem (100) nach Anspruch 8, wobei das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken während der Übergänge bis zu einer Rückkehr zu einem mittleren Bestdrehmomentwert (MBT-Wert) einblendet, und das ferner ein Drosselsteuermodul (116) umfasst, das eine Drossel (112) des Motors (102) in eine anforderungsbasierte Drosselposition steuert.
Steuersystem (100) nach Anspruch 6, ferner ein Drosselsteuermodul (116) umfassend, wobei, wenn von der SI-Verbrennung zu der HCCI-Verbrennung übergegangen wird, das Drosselsteuermodul (116) eine Drossel (112) des Motors (102) in eine Übergangsposition steuert, das Zündfunken-Steuermodul (298) den Zündfunken nach spät verstellt und das Hubeinstellmodul in den ersten Einlass- und Auslasshubzustand umschaltet.
Steuersystem (100) nach Anspruch 6, wobei der gemessene und der gewünschte ETRV-Wert auf einem gemessenen bzw. gewünschten angegebenen mittleren Effektivdruck (IMEP) basieren.
Steuersystem (100) nach Anspruch 6, wobei der gemessene und der gewünschte ETRV-Wert auf einem gemessenen bzw. gewünschten mittleren Netto-Effektivdruck (NMEP) basieren.
Steuerverfahren für einen Motor (102), umfassend: Erzeugen eines gemessenen und eines gewünschten ein Motordrehmoment repräsentierenden Werts (ETRV); selektives Überleiten des Motors (102) von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung; und selektives Verstellen eines Zündfunkens nach spät während der Übergänge basierend auf einem Verhältnis des gemessenen ETRV-Werts und des gewünschten ETRV-Werts, Verstellen eines Zündfunkens nach spät, wenn der gemessene ETRV-Wert größer als der gewünschte ETRV-Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend, dass während der HCCI-Verbrennung ein erster Einlass- und Auslasshubzustand und während der SI-Verbrennung ein zweiter Einlass- und Auslasshubzustand verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Umschalten in den zweiten Einlass- und Auslasshubzustand; und Verstellen des Zündfunkens nach spät, wenn von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung übergegangen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Einblenden des Zündfunkens während der Übergänge bis zu einer Rückkehr zu einem mittleren Bestdrehmomentwert (MBT-Wert); und Steuern einer Drossel (112) des Motors (102) in eine anforderungsbasierte Drosselposition.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Steuern einer Drossel (112) des Motors (102) in eine Übergangsposition; Verstellen des Zündfunkens nach spät; und Umschalten in den ersten Einlass- und Auslasshubzustand, wenn von der SI-Verbrennung zu der HCCI-Verbrennung übergegangen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der gemessene und der gewünschte ETRV-Wert auf einem gemessenen bzw. gewünschten angegebenen mittleren Effektivdruck (IMEP) basieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der gemessene und der gewünschte ETRV-Wert auf einem gemessenen bzw. gewünschten mittleren Netto-Effektivdruck (NMEP) basieren.
Steuerverfahren für einen Motor (102), umfassend: Erzeugen eines gemessenen und eines gewünschten Luft-pro-Zylinder-Werts (APC-Werts); selektives Überleiten des Motors (102) von einer Funkenzündungsverbrennung (SI-Verbrennung) zu einer Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) und von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung; und selektives Verstellen des Zündfunkens nach spät während der Übergänge basierend auf einem Verhältnis des gemessenen APC-Werts und des gewünschten APC-Werts, Verstellen eines Zündfunkens nach spät, wenn der gemessene APC-Wert größer als der gewünschte APC-Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend, dass während der HCCI-Verbrennung ein erster Einlass- und Auslasshubzustand und während der SI-Verbrennung ein zweiter Einlass- und Auslasshubzustand verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Umschalten in den zweiten Einlass- und Auslasshubzustand; und ein Verstellen des Zündfunkens nach spät, wenn von der HCCI-Verbrennung zu der SI-Verbrennung übergegangen wird.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend: Einblenden des Zündfunkens während der Übergänge bis zu einer Rückkehr zu einem mittleren Bestdrehmomentwert (MBT-Wert); und Steuern einer Drossel (112) des Motors (102) in eine anforderungsbasierte Drosselposition.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Steuern einer Drossel (112) des Motors (102) in eine Übergangsposition; Verstellen des Zündfunkens nach spät; und Umschalten in den ersten Einlass- und Auslasshubzustand, wenn von der SI-Verbrennung zu der HCCI-Verbrennung übergegangen wird.