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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft eine auf Druck beruhende Verbrennungssteuerung
bei Selbstzündungsmotoren.
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Hintergrund
und Kurzdarlegung
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Dieselverbrennungsmotoren
erfahren verglichen mit anderen Arten von Motoren relativ hohe Verbrennungsdrücke. Hohe
Verbrennungsdrücke
zusammen mit Direkteinspritzstrategien und hohen Verdichtungsverhältnissen
können
Dieselmotoren veranlassen, ein unerwünschtes Maß an Verbrennungsgeräusch zu
erzeugen. Es können
verschiedene Schritte zur Abschwächung
von Verbrennungsgeräusch
ergriffen werden, einschließlich
Abwandlung von Einspritzsteuerzeiten und Verwendung von Verbrennungsvorräumen. In
vielen Fällen
haben aber die zur Minderung von Verbrennungsgeräusch ergriffenen Schritte nachteilige
Wirkungen auf Emissionen und/oder Leistungsgrad.
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Da
das Verbrennungsgeräusch
mit Verbrennungsdruck zusammenhängt,
umfasst eine mögliche Lösung zum
Angehen von Verbrennungsgeräusch die
Verwendung eines Drucksensors. Viele Druck erfassende Systeme sind
aber für
eine Verwendung im Fahrzeug nicht geeignet. Zum Beispiel können viele Laborinstrumente
bei Testmotoren eine effektive auf Druck beruhende Verbrennungssteuerung
bieten, diese Geräte
sind aber zu teuer und kompliziert für den Einsatz in Produktionsfahrzeugen.
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U.S.
Patent Nr. 6,820,592 beschreibt eine Vorrichtung, bei der Zylinderdruck
als Steuereingabe zum Steuern von Kraftstoffeinspritzung verwendet werden
kann, zum Beispiel um sicherzustellen, dass eine Druckanstiegsrate
einen bestimmten Wert nicht übersteigt.
Die beschriebene Steuerung erfordert aber die Verwendung von zusätzlichen
Sensoren und Verarbeitungsschritten zur Ausführung von auf Druck beruhender
Verbrennungssteuerung. Im Einzelnen beinhalten die Vorrichtung und
das Verfahren die Bewertung des absoluten Höchstwerts des Zylinderdruckgradienten
und dessen Winkelposition sowie die Bewertung relativer Höchstwerte
und deren Winkelpositionen.
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Die
vorliegende Offenbarung gibt einen Verbrennungsmotor mit mehreren
Verbrennungszylindern an die Hand, die zum Arbeiten in einer Selbstzündungsbetriebsart
ausgelegt sind. Es wird ein Drucksensor vorgesehen, um Druck in
einem Verbrennungszylinder des Motors zu erfassen.
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Nach
einer Ausführung
umfasst der Motor weiterhin ein elektronisches Motorsteuergerät und einen
zwischen dem elektronischen Motorsteuergerät und dem Drucksensor wirkverbundenen
Schaltkreis. Der Schaltkreis ist dafür ausgelegt, von dem Drucksensor
empfangene elektrische Signale in ein Druckgradientensignal umzuwandeln,
das eine maximale Druckanstiegrate in dem Verbrennungszylinder anzeigt.
Das elektronische Motorsteuergerät
ist dafür ausgelegt,
als Reaktion auf das Überschreiten
eines Grenzwerts durch das Druckgradientensignal Füllungen
des Verbrennungszylinders zu steuern, um die maximale Druckanstiegsrate
im Verbrennungszylinder für
einen folgenden Verbrennungszyklus zu senken.
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Nach
einer anderen Ausführung
umfasst der Motor weiterhin ein Verbrennungssteuerungssystem mit
einem elektronischen Motorsteuergerät, das dafür ausgelegt ist, von dem Drucksensor
elektrische Signale zu empfangen und basierend auf diesen Signalen
eine maximale Druckanstiegsrate, die in dem Verbrennungszylinder
während
eines ersten Zeitintervalls eintritt, zu ermitteln. Das Verbrennungssteuerungssystem
ist dafür
ausgelegt, basierend auf der in dem ersten Zeitintervall ermittelten
maximalen Druckanstiegrate während
eines zweiten Zeitintervalls eine oder mehrere Füllungen des Verbrennungszylinders
zu steuern.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines
Dieselmotors.
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2 ist
ein beispielhafter Schaltkreis zum Verarbeiten von Zylinderdrucksignalen.
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3 und 4 sind
beispielhafte Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.
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Eingehende
Beschreibung der dargestellten Ausführungen
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1 zeigt
ein Bespiel eines Dieselverbrennungsmotorsystems allgemein bei 10.
Im Einzelnen wird der Verbrennungsmotor 10, der mehrere
Zylinder umfasst, wovon ein Zylinder in 1 gezeigt wird,
durch das elektronische Steuergerät 12 gesteuert. Der
Motor 10 weist einen Brennraum 14 und Zylinderwände 16 mit
einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 20 verbundenen
Kolben 18 auf. Der Brennraum 14 steht mit einem
Ansaugkrümmer 22 und
einem Abgaskrümmer 24 mittels
eines jeweiligen Einlassventils 26 und Auslassventils 28 in
Verbindung.
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Der
Ansaugkrümmer 22 steht
mittels einer Drosselklappe 32 mit einem Drosselklappengehäuse 30 in
Verbindung. In einer Ausführung
kann eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe verwendet werden.
In einer Ausführung
wird die Drosselklappe elektronisch gesteuert, um einen festgelegten
Unterdruckwert im Ansaugkrümmer 22 periodisch
oder ständig
zu wahren.
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Der
Ansaugkrümmer 22 wird
ferner mit einem damit verbundenen Einspritzventil 34 zum
Zuführen
von Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals (fpw) des
Steuergeräts 12 gezeigt.
Der Kraftstoff wird einem Einspritzventil 68 durch eine (nicht
dargestellte) herkömmliche
Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe
und einem (nicht dargestellten) Verteilerrohr zugeführt. Bei
Direkteinspritzmotoren, wie in 1 gezeigt,
wird eine Hochdruckkraftstoffanlage verwendet, beispielsweise eine
als Common Rail System bezeichnete Speichereinspritzung. Es gibt
aber mehrere andere Kraftstoffanlagen, die ebenfalls verwendet werden könnten, einschließlich aber
nicht ausschließlich
EUI (= elektronisch gesteuerte Pumpendüse), HEUI (=Hochdruckeinspritzsystem),
etc.
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In
der abgebildeten Ausführung
ist das Steuergerät 12 ein
herkömmlicher
Mikrocomputer, der auch als elektronisches Motorsteuergerät bezeichnet wird,
und weist eine Mikroprozessoreinheit 40, Input/Output-Ports 42,
einen elektronischen Speicher 44, der in diesem speziellen
Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher sein kann, einen
Arbeitsspeicher 46 und einen herkömmlichen Datenbus auf.
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Das
Steuergerät 12 empfängt verschiedene Signale
von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, einschließlich aber
nicht ausschließlich:
Messungen der eingeleiteten Luftmasse (MAF) von einem Luftmengenmesser 50,
der mit dem Luftfilter A [A in 1] verbunden
ist (zu beachten ist, dass bei einem Dieselmotor der Luftmengenmesser
typischerweise vor dem Verdichter gelesen wird; zu beachten ist
aber auch, dass der Luftmengenmesser bei einer Niederdruck-AGR-Schleife
(Abgasrückführung) vor dem
Eintrittspunkt platziert werden sollte); der Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 54 verbundenen
Temperaturfühler 52; eine
Messung des Krümmerdrucks
(MAP) von einem Krümmerdruckfühler 56,
der mit dem Ansaugkrümmer 22 verbunden
ist; eine Messung der Drosselklappenstellung (TP) von einem mit
der Drosselklappe 32 verbundenen Drosselklappenstellungssensor 58;
ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP)
von einem mit der Kurbelwelle 20 verbundenen Hallgeber 60,
das eine Motordrehzahl anzeigt; und ein Druckgradientensignal (PG).
Wie nachstehend eingehender erläutert
wird, kann das Druckgradientensignal PG auf Signalen beruhen, die
von dem Drucksensor 62 erhalten und von dem Schaltkreis 64 verarbeitet
werden.
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Der
Motor 10 kann eine Abgasrückführungsanlage (AGR) aufweisen,
um zum Senken von NOx und anderen Emissionen
beizutragen. Bei der in 1 dargestellten AGR-Anlage wird Abgas
einem Ansaugkrümmer 22 mittels
eines AGR-Rohrs 70 zugeführt, das mit dem Abgaskrümmer 24 in
Verbindung steht. In dem AGR-Rohr 70 ist eine AGR-Ventilanordnung 72 angeordnet.
Anders ausgedrückt
bewegt sich Abgas vom Abgaskrümmer 24 zunächst durch
die AGR-Ventilanordnung 72 und dann zu dem Einlasskrümmer 22.
Die AGR-Ventilanordnung 72 kann dann als stromaufwärts des
Ansaugkrümmers angeordnet
bezeichnet werden. Optional gibt es auch einen AGR-Kühler [in 1 bei
Y gezeigt], der in dem AGR-Rohr 70 angeordnet ist, um rückgeführte Abgase
zu kühlen,
bevor sie in den Ansaugkrümmer eindringen.
Das Kühlen
erfolgt typischerweise mit Hilfe von Motorwasser, doch könnte auch
ein Luft-/Luft-Wärmetauscher
verwendet werden.
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Der
Drucksensor 56 liefert eine Messung des Krümmerdrucks
(MAP) an das Steuergerät 12.
Die AGR-Ventilanordnung 72 weist ein (nicht dargestelltes)
Ventil zum Steuern einer variablen Querschnittbeschränkung im
AGR-Rohr 70 auf, das dadurch das AGR-Strömen
steuert. Die AGR-Ventilanordnung 72 kann das AGR-Strömen durch
das Rohr 70 entweder minimal drosseln oder das AGR-Strömen durch
das Rohr 70 vollständig
drosseln.
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Mit
der AGR-Ventilanordnung 72 ist ein Unterdruckregler 74 verbunden.
Der Unterdruckregler 74 empfängt vom Steuergerät 12 Betätigungssignale zum
Steuern der Ventilstellung der AGR-Ventilanordnung 72.
In einer bevorzugten Ausführung
ist die AGR-Ventilanordnung 72 ein unterdruckbetätigtes Ventil.
Es kann jedoch eine beliebige Art von Strömungsregelventil verwendet
werden, zum Beispiel ein elektrisches Magnetventil oder ein durch
einen Schrittmotor betriebenes Ventil.
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Ferner
werden ein Mager-NOx-Katalysator oder -Filter 80 und ein
Partikelfilter 82 in der Abgasstrecke stromabwärts einer
Verdichtungsvorrichtung 90 angeschlossen gezeigt. Die Verdichtungsvorrichtung 90 kann
ein Turbolader oder eine andere derartige Vorrichtung sein. Die
Verdichtungsvorrichtung 90 weist eine in dem Abgaskrümmer 24 angebrachte Turbine 90a und
einen in dem Ansaugkrümmer 22 mittels
eines [in 1 bei X gezeigten] Ladeluftkühlers, der
typischerweise ein Luft-/Luft-Wärmetauscher
ist, aber auch wassergekühlt
sein könnte,
angebrachten Verdichter 90b auf. Die Turbine 90a ist
typischerweise mittels einer Antriebswelle 92 mit dem Verdichter 90b verbunden.
(Dies könnte
auch eine Reihen-Turboladeranordnung, eine Einfach-VGT (verstellbare
Turbinengeometrie), eine Doppel-VGT oder jede andere Anordnung von
Turboladern sein, die verwendet werden könnte).
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Ferner
kann das Steuergerät 12 eine
Messung einer Temperatur des NOx-Filters 80 von einem dem
NOx-Filter 80 zugeordneten Temperatursensor 84 empfangen.
Alternativ kann der Sensor 84 so positioniert werden, dass
er eine Angabe einer Abgastemperatur oder Abgaskrümmertemperatur
liefert. Das Positionieren des Sensors 84 neben oder in
dem NOx-Filter 80 statt neben oder in dem Abgaskrümmer 24 kann
aber ein präziseres Ermitteln
der Temperatur des NOx-Filters 80 erlauben, da es in der
Turbine 90a einen wesentlichen Temperaturabfall geben kann.
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Weiterhin
wird ein Gaspedal 94 zusammen mit einem Fuß 95 eines
Fahrers gezeigt. Ein Pedalstellungssensor (pps) 96 misst
die Winkelstellung des vom Fahrer betätigten Pedals.
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Ferner
kann der Motor 10 auch (nicht dargestellte) Abgas-/Kraftstoffverhältnissensoren
aufweisen. Zum Beispiel kann eine unbeheizte Abgassonde (EGO) mit
zwei Zuständen
oder eine lineare unbeheizte Lambdasonde (UEGO) verwendet werden. Eine
jede von diesen kann in dem Abgaskrümmer 24 oder stromab
der Vorrichtungen 80, 82 oder 90 angeordnet
werden.
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Es
versteht sich, dass der dargestellte Dieselmotor 10 nur
für Beispielzwecke
gezeigt wird und dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren
in jedem anderen geeigneten Motor, der geeignete Bauteile und/oder
eine geeignete Anordnung von Bauteilen aufweist, implementiert oder
angewendet werden können.
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Wie
vorstehend gezeigt, können
die während
des Betriebs eines Dieselmotors entstehenden hohen Verbrennungsdrücke in manchen
Fällen
ein unerwünschtes
Verbrennungsgeräusch
erzeugen. Zu anderen Zeiten kann es, selbst wenn das Verbrennungsgeräusch innerhalb
eines zulässigen
Bereichs liegt, wünschenswert
sein, eine auf Druck basierende Verbrennungssteuerung zum Optimieren
von Kompromissen zwischen Verbrennungsgeräusch, Leistungsgrad, Emissionen,
etc. zu verwenden.
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Demgemäß umfasst
die vorliegende Offenbarung weiterhin Verfahren und Systeme zum
Betreiben eines Verbrennungsmotors und insbesondere zum Bewirken
von Kontrolle über
die Selbstzündungsverbrennung
basierend auf von einem Zylinderdrucksensor empfangenen Druckdaten/-signalen. Nach
einer beispielhaften Ausführung
verarbeitet die Vorrichtung/das System ein Zylinderdrucksensorsignal,
um eine maximale Druckanstiegsrate zu ermitteln. Diese ermittelte
maximale Druckanstiegsrate ist ein Indikator des Verbrennungsgeräuschs. Basierend auf
der ermittelten maximalen Druckanstiegsrate können verschiedene Steuerungen
der Verbrennung bewirkt werden, darunter Steuern der Füllungen
der Brennräume,
wie nachstehend eingehender beschrieben wird.
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Weiterhin
unter Bezug auf 1 kann der Sensor 62 ein
piezoelektrischer Sensor im Zylinder sein, der zum Liefern von Drucksignalen
an den Schaltkreis 64, typischerweise in Form einer elektrischen
Ladung, ausgelegt ist, die sich mit dem momentanen Druck im Zylinder
verändert.
Die Rohsensordaten werden von dem Schaltkreis 64 empfangen und
verarbeitet bzw. umgewandelt, um ein Druckgradientensignal PG zu
erzeugen. Das Druckgradientensignal beruht auf oder entspricht einer
maximalen Druckanstiegsrate, die in dem Verbrennungszylinder während des Überwachungszeitraums
auftreten ist. Wie nachstehend eingehender erläutert wird, kann der Schaltkreis
regelmäßig zurückgesetzt
werden, so dass der Überwachungszeitraum
Verbrennungszyklen des Zylinders entspricht. Der Schaltkreis kann
mit anderen Worten dafür
ausgelegt werden, sich einmal alle vier Takte des Kolbens 18 zurückzusetzen
(der dargestellte beispielhafte Motor hat einen Viertakt-Verbrennungszyklus).
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Das
Druckgradientensignal PG kann somit zu einem gegebenen Zeitpunkt
die maximale Druckanstiegsrate anzeigen, die in dem Zylinder während des Überwachungszeitraums
aufgetreten ist. Das elektronische Steuergerät 12 kann dieses Signal
als Grundlage für
das Durchführen
von Steuerung verschiedener Verbrennungsparameter nutzen. Insbesondere
können
Füllungen
des Zylinders gesteuert werden, beispielsweise Kraftstoffeinspritzungen
zum Zylinder, Liefern von rückgeführtem Abgas in
den Zylinder, etc.
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Unter
Bezug nun auf das schematische Blockdiagramm von 2 zeigt
die Figur den Drucksensor und den Schaltkreis 64 eingehender.
Wie bereits erläutert
kann der Sensor 62 ein piezoelektrischer Drucksensor sein,
der zum Überwachen
von Druck in dem Brennraum 14 ausgelegt ist, wenngleich
andere Arten von Drucksensoren verwendet werden können, in
welchem Fall an Stelle des Ladungsverstärkers 202 eine geeignete
Signalaufbereitung verwendet werden würde.
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Die
Sensorausgabe wird in den Schaltkreis 64 eingespeist, der
verschiedene Komponenten aufweisen kann, beispielsweise: (1) einen
Abschnitt des Ladungsverstärker 202 zum
Verstärken
des Sensors auf eine Spannung hohen Pegels, die für eine folgende
Verarbeitung geeigneter sein kann; (2) einen Abschnitt eines Differentiators 204 zum
Umwandeln des verstärkten
Drucksignals in ein differenziertes Signal proportional zur Druckänderungsrate;
(3) einen Abschnitt eines Verstärkers 206,
der die Amplitude des differenzierten Signals auf einen messbaren
Wert verstärkt;
(4) einen Abschnitt eines Spitzendetektors 208, der den
maximalen Wert der verstärkten
Rate des Änderungssignals
verfolgt, bis ein zurückgesetztes
Signal an seinem Rücksetzeingang
bestätigt wird;
(5) einen Hochpassfilter 210, der sicherstellt, dass das
eingegebene Signal durch null Volt geht; (6) einen Nulldurchgangdetektor 212,
der einen digitalen Impuls liefert, wenn das eingegebene Signal
mit einer positiven Steigung durch Null geht, was vor der Verbrennung
früh im
Verdichtungstakt erfolgen würde. Die
Ausgabe des Nulldurchgangdetektors wird zum Zurücksetzen des Spitzendetektors
genutzt, so dass eine neue maximale Anstiegsrate für den aktuellen Verbrennungszyklus
erfasst werden kann; und (7) einen Abschnitt eines Puffers 214,
der die Ausgabe des Spitzendetektors isoliert, wodurch sie von der durch
das elektronische Motorsteuergerät 12 vorgesehenen
Last geschützt
wird.
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In
dem vorliegenden Beispiel ist ein Schaltkreis 64 als separater
diskreter Schaltkreis dargestellt. Allerdings kann der Schaltkreis 64 als
analoger Schaltkreis mit analogen Eingaben und Ausgaben implementiert
werden, wodurch eine kostengünstige Möglichkeit
vorgesehen wird, eine auf Druck beruhende Verbrennungssteuerung
vorzusehen. Der Schaltkreis 64 und das elektronische Motorsteuergerät 12 dienen
somit kollektiv als Verbrennungssteuerungssystem. In anderen beispielhaften
Ausführungen
kann der Schaltkreis in das elektronische Motorsteuergerät 12 integriert
sein.
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Basierend
auf dem Druckgradientensignal PG können verschiedene Arten von
Verbrennungssteuerung ausgeführt
werden. Wie vorstehend gezeigt, kann die Kontrolle über die
Selbstzündungsverbrennung
durch Steuern von Füllungen
in die Verbrennungszylinder ausgeführt werden. Zum Beispiel werden
in einer ersten Ausführung
die Kraftstoffeinspritzungen als Reaktion auf das Druckgradientensignal
gesteuert. Nach dieser Ausführung übt das elektronische
Motorsteuergerät 12 (mittels
eines FPW-Signals) basierend auf dem Druckgradientensignal von dem Schaltkreis 64 Kontrolle über das
Einspritzventil 34 aus. Beispiele für Kraftstoffeinspritzsteuerung
umfassen:
- 1. Abwandeln der Steuerzeiten und/oder
Menge von Kraftstoffeinspritzungen, einschließlich Abwandlungen von Kraftstoffeinspritzratenkurven;
- 2. Ändern
der Anzahl an Einspritzvorgängen
pro Zyklus (z.B. Hinzufügen
einer Piloteinspritzung zum Mindern von Verbrennungsdruck und -geräusch) und/oder
Abwandeln der Steuerzeiten und/oder Menge des während bestehender Einspritzvorgänge eingespritzten
Kraftstoffs;
- 3. Bei Verwenden von mehreren Einspritzvorgängen Ändern des Verhältnisses
von während
der Einspritzvorgänge
eingespritzten Kraftstoffs (z.B. Erhöhen des während einer Piloteinspritzung
eingespritzten Kraftstoffs und Senken des während einer oder mehreren folgenden
Einspritzungen eingespritzten Kraftstoffs);
- 4. Abwandeln des Kraftstoffdrucks (z.B. bei einem gemeinsamen
Verteilerrohr);
- 5. Etc.
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Es
versteht sich, dass diese nur beispielhaft gedacht sind und dass
andere Steuerungen von Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem
Druckgradientensignal ausgeführt
werden können.
In vielen Fällen
ist es wünschenswert,
die Kraftstoffeinspritzung zu steuern, um Verbrennungsdrücke zu senken
und dadurch Geräusch,
Vibration und Rauheit zu reduzieren, die infolge von Verbrennungsgeräusch eintreten. Ein
Beispiel einer solchen Strategie ist das Steuern der Kraftstoffeinspritzung,
um Verbrennungsgeräusch
in dem Fall zu mindern, dass das Druckgradientensignal einen Grenzwert überschreitet.
Der Grenzwert kann dynamisch und variabel sein, um zulässige Verbrennungsgeräuschwerte
unter verschiedenen unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu berücksichtigen.
Zum Beispiel könnte
der Druckgradientengrenzwert für
das Ausführen
einer bestimmten Steuerhandlung abhängig von Motordrehzahl und
-last oder abhängig
von anderen Faktoren/Bedingungen variieren.
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Abgas
kann auch eine zu den Verbrennungszylindern eingegebene Füllung sein.
Abgas kann mittels äußerer Abgasrückführung (AGR)
in die Verbrennungszylinder gesaugt werden (z.B. mittels AGRP-Signalen,
die zum Steuern der AGR-Ventilanordnung 72 angelegt
werden) oder innen infolge einer Ventilüberschneidung oder einer anderen über den
Betrieb der Ein- und Auslassventile des Zylinders ausgeübten Steuerung
(z.B. Ventile 26 und 28). In jedem Fall kann das
Steuern der Abgasmenge, die in die Verbrennungszylinder gesaugt
wird, den Verbrennungsdruck und das Verbrennungsgeräusch beeinflussen.
Im Einzelnen verdünnt
das Hinzugeben von Abgas die Zylinderfüllung und senkt somit die Verbrennungsdrücke.
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Dementsprechend
kann das Druckgradientensignal PG von dem elektronischen Steuergerät 12 als
Faktor beim Steuern von AGR verwendet werden. Im Einzelnen kann
das elektronische Steuergerät den
Ventilbetrieb steuern, um die innere AGR zu verändern. Ventilsteuerzeiten,
Hub, etc. der Ventile 26 und 28 können unter
Verwendung eines Nockenprofilumschaltens, variabler Nockensteuerzeiten,
elektrohydraulischer oder elektromechanischer Ventilbetätigung (EVA),
etc. gesteuert werden. Äußere AGR-Systeme,
wie sie in 1 dargestellt werden, können ebenfalls
basierend auf dem Druckgradientensignal von dem Steuergerät 12 gesteuert
werden. Wie bei der vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzsteuerung
kann die auf Druck beruhende Steuerung von AGR als Reaktion auf
einen Grenzwert, der dynamisch veränderlich sein kann, ausgelöst werden.
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Zusätzlich kann
Druck zum Steuern von Motorkühlungssystemen
verwendet werden. Zum Beispiel können
das Druckgradientensignal und der Schaltkreis verwendet werden,
um die Steuerung von Kühlmittelströmen von
einer steuerbaren Wasserpumpe und/oder der Geschwindigkeit oder
Aktivierung/Deaktivierung des Motorkühlgebläses auszulösen.
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Bei
den hierin beschriebenen Systemen und Verfahrensausführungen
kann es in manchen Fällen wünschenswert
sein, das beschriebene auf Druck beruhende Steuerungssystem zum
Ausgleich von Verbrennungsgeräusch
unter Berücksichtigung
von Leistungsgrad und Emissionen zu verwenden. Das Steuern von Kraftstoffeinspritzungen
zum Mindern von Verbrennungsgeräusch
kann von vermehrten Emissionen oder einer Abnahme der Kraftstoffwirtschaftlichkeit
begleitet werden. Durch Vorsehen einer verbesserten und effizienten
Weise der Beurteilung von Verbrennungsgeräusch ermöglichen Schaltkreis 64 und
das Druckgradientensignal PG eine verbesserte Steuerung des Verbrennungsgeräusches und eine
Optimierung von Verbrennungsgeräuschkompromissen
bezüglich
Leistungsgrad und Emissionen.
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Wie
vorstehend gezeigt kann die maximale Druckanstiegsrate innerhalb
von Zeiträumen
oder Intervallen überwacht
werden. In einem solchen Fall zeigt die Ausgabe des Schaltkreises 64 (d.h.
das Druckgradientensignal) PG die höchste Rate des Druckanstiegs
an, die seit Beginn des Intervalls aufgetreten ist. Der Hochpassfilter 210 und
ein Nulldurchgangsdetektor 212 bilden somit einen Rücksetzmechanismus
oder ein Subsystem, das Rücksetzsignale
erzeugt, die bewirken, dass die Überwachungsintervalle
von gleicher Dauer wie ein Verbrennungszyklus des Motors sind. Während des
Motorverbrennungszyklus ist der Zylinderdruck typischerweise relativ
niedrig während
des Ansaugens, beginnt während
des Verdichtungstakts zu steigen und hat während der Zündung der Verbrennungsgase während des
Arbeitstakts seinen Höchstwert.
Der Hochpassfilter 210 filtert Signale niedriger Frequenz heraus,
so dass das verarbeitete Signal durch einen Nullbezugswert an einem
Punkt früh
während
des Verdichtungstakts geht. Der Nulldurchgangsdetektor 212 detektiert
den positiv gehenden Nulldurchgang des Signals und erzeugt wiederum
einen Rücksetzimpuls,
der den Spitzendetektor zurücksetzt.
Dies erlaubt es dem Spitzendetektor, ein neues maximales Druckgradientensignal
für das
folgende Intervall zu erhalten.
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Die
Verbrennungssteuerung in den beschriebenen Systemen und Verfahren
wird typischerweise so ausgeführt,
dass das in einem ersten Intervall, beispielsweise einem Verbrennungszyklus,
ermittelte maximale Druckgradientensignal die Grundlage für eine anschließend ausgeführte Verbrennungssteuerung
bildet. Die anschließende
Steuerung kann eine Steuerung einer folgenden Füllung des Verbrennungszylinders
sein (z.B. Kraftstoffeinspritzsteuerung, AGR-Steuerung, etc.). Die
Steuerung kann während
des nächsten
Verbrennungszyklus, während
eines folgenden vorab festgelegten Intervalls oder zu einem anderen
Zeitpunkt nach der Ermittlung des Druckgradientensignals PG ausgeführt werden. In
manchen Ausführungen
erlaubt die Verwendung von Intervallen, beispielsweise Verbrennungszyklen, das
Durchführen
einer effizienten auf Druck beruhenden Verbrennungssteuerung, ohne
dass Drehgeber, Winkelsensoren oder andere zusätzliche Sensoren oder Verarbeitungsschritte
erforderlich sind.
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3 stellt
ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors,
beispielsweise Motor 10, dar. Bei 302 umfasst
das Verfahren das Betreiben von Verbrennungszylindern in einer Selbstzündungsbetriebsart.
Bei 304 umfasst das Verfahren das Überwachen von Druck im Verbrennungszylinder
während
eines ersten Zeitintervalls. Ein Drucksensor, wie er unter Bezug
auf 1 und 2 erläutert wird, kann eingesetzt
werden.
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Bei 306 umfasst
das Verfahren das Ermitteln einer maximalen Druckanstiegsrate, die
in dem Verbrennungszylinder während
des ersten Zeitintervalls eintritt. Dies kann unter Verwenden eines
Schaltkreises, wie er vorstehend unter Bezug auf 1 und 2 erläutert wird,
durchgeführt
werden. Bei 308 umfasst das Verfahren die anschließende Steuerung der
Füllungen
des Verbrennungszylinders basierend auf der ermittelten maximalen
Druckanstiegsrate.
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Es
können
verschiedene Intervalle eingesetzt werden. Wie vorstehend erläutert kann
es bei bestimmten Anwendungen praktisch oder wünschenswert sein, Verbrennungszyklen
für die
Zeitintervalle der Schritte 304 und 306 zu verwenden.
Zum Beispiel kann das Verfahren so implementiert werden, dass basierend
auf der in einem bestimmten Verbrennungszyklus detektierten maximalen Druckanstiegsrate
Füllungen,
beispielsweise Kraftstoffeinspritzungen, AGR, etc. bei einem späteren Zeitpunkt
gesteuert werden, beispielsweise während eines oder während mehreren
folgenden Verbrennungszyklen. Die Steuerung von Füllungen
der Verbrennungszylinder kann wie vorstehend unter Bezug auf 1 und 2 erläutert implementiert
werden.
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4 stellt
ein anderes beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors dar.
Bei 402 umfasst das Verfahren das Betreiben von Verbrennungszylindern
in einer Selbstzündungsbetriebsart.
Bei 404 umfasst das Verfahren das Überwachen von Druck im Verbrennungszylinder.
Ein Drucksensor, wie er unter Bezug auf 1 und 2 erläutert wird,
kann eingesetzt werden.
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Bei 406 umfasst
das Verfahren das Ermitteln einer maximalen Druckanstiegsrate. Dies
kann durch Verwenden eines Schaltkreises, wie er vorstehend unter
Bezug auf 1 und 2 erläutert wird,
ausgeführt
werden. Bei 408 umfasst das Verfahren das Steuern von Füllungen
zum Senken von Verbrennungsdruck, wenn eine ermittelte maximale
Druckanstiegsrate einen Grenzwert überschreitet. Die Steuerung
von Füllungen
der Verbrennungszylinder kann wie vorstehend unter Bezug auf 1 und 2 erläutert implementiert
werden. Ferner kann wie vorstehend erläutert der Grenzwert dynamisch
veränderlich
sein und beruhend auf Betriebsbedingungen gewählt werden, um Kompromisse
bei Verbrennungsgeräusch
und Emissionen sowie Kompromisse bei Kraftstoffwirtschaftlichkeit
zu optimieren.
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Nach
einer noch anderen Ausführung
kann die hierin beschriebene auf Druck beruhende Steuerung in Fremdzündungsbetriebsarten
eingesetzt werden. Im Einzelnen können der Drucksensor und der Schaltkreis
von 1 und 2 bei Fremdzündungsmotoren eingesetzt werden,
um Klopfen und/oder raue Verbrennung zu detektieren. Die unter Bezug
auf 3 und 4 beschriebenen Verfahren können für Fremdzündungsbetriebsarten
abgewandelt werden und somit werden Drucksignale wie der Druckgradient
PG zum Steuern von Zündsteuerzeiten
und anderen Verbrennungssteuerungen verwendet.
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Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Ausführungen und Verfahrensumsetzungen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Beispiele
nicht in einschränkendem
Sinn gesehen werden sollen, da zahlreiche Abwandlungen möglich sind.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen
und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der
verschiedenen Einlasskonfigurationen und Verfahrensumsetzungen sowie
andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart
werden. Die folgenden Ansprüche
zeigen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als
neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder dessen
Entsprechung beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein
oder mehrere solche Elemente einbezogen werden, wobei zwei oder
mehrere solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden.
Durch Änderung
der vorliegenden Ansprüche
oder durch Vorlegen neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung können andere Kombinationen und
Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente
und/oder Eigenschaften beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien
sie nun vom Schutzbereich her breiter, enger, gleich oder anders
gefasst als die ursprünglichen
Ansprüche,
werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
enthalten betrachtet.