DE102007041090A1

DE102007041090A1 - Vorwärmen von Kraftstoff für einen Kaltstart

Info

Publication number: DE102007041090A1
Application number: DE102007041090A
Authority: DE
Inventors: Craig D. Clawson Marriott
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2008-03-20
Also published as: BRPI0705696A; CN101144448A; US20080053415A1; CN101144448B; US7849839B2

Abstract

Ein Verfahren zum Vorwärmen eines Kraftstoffes in ein Strom in einer Solenoidspule einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors induziert wird und der Kraftstoff in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Verwendung einer Wärme, die durch den Strom erzeugt wird, erwärmt wird, bevor ein Verbrennungstakt des Motors eingeleitet wird.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/842 108 , eingereicht am 1. September 2006. Die Offenlegung der obigen Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenlegung betrifft Verbrennungsmotoren und im Spezielleren das Vorwärmen von Kraftstoff zum Starten eines Verbrennungsmotors unter kalten Bedingungen.
Hintergrund
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenlegung und stellen den Stand der Technik möglicherweise nicht dar.
Während einer Verbrennung oxidiert ein Verbrennungsmotor Benzin und kombiniert Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoff (C) mit Luft. Eine Verbrennung erzeugt chemische Verbindungen wie z. B. Kohlendioxid (CO₂), Wasser (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO_x), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Schwefeloxide (SO_x) und weitere Verbindungen. Während einer anfänglichen Startperiode nach einem langen Stehen ist der Motor „kalt" und kann sich einer Kraftstoffverdampfung, einer Ladungs zündung und/oder einer vollständigen Verbrennung des Kraftstoffes widersetzen. Ein Katalysator behandelt Abgase von dem Motor. Während der Startperiode ist der Katalysator ebenfalls "kalt" und arbeitet nicht optimal, was zu unannehmbar hohen Emissionen führt.
Bei einem herkömmlichen Ansatz gibt ein Motor-Controller einen Befehl für ein mageres Luft/Kraftstoff (LK-) Verhältnis und führt dem Motor eine reduzierte Masse an flüssigem Kraftstoff zu, um für eine Kompensation zu sorgen. Es ist mehr Luft relativ zu der Masse an flüssigem Kraftstoff vorhanden, um das CO und die HC ausreichend zu oxidieren. Allerdings reduziert der magere Zustand die Kraftstoffverdampfungs- und Verbrennungsstabilität und beeinflusst die Fahrzeug-Laufeigenschaften nachteilig.
Bei einem weiteren herkömmlichen Ansatz erteilt der Motor-Controller den Befehl für ein kraftstoffreiches Gemisch für eine stabile Verbrennung und gute Fahrzeug-Laufeigenschaften. Ein sekundäres Lufteinspritzsystem sorgt für ein insgesamt mageres Abgas-L/K-Verhältnis. Die sekundäre Lufteinspritzeinrichtung spritzt während der anfänglichen Startperiode Luft in den Abgasstrom ein. Die zusätzliche eingespritzte Luft erwärmt den Katalysator durch Oxidieren des/der überschüssigen CO und HC. Der erwärmte Katalysator oxidiert CO und HC und reduziert NO_x auf niedrigere Abgaswerte. Allerdings erhöht das sekundäre Lufteinspritzsystem die Kosten und Komplexität des Motorsteuerungssystems und wird nur während einer kurzen anfänglichen Startperiode verwendet.
Bei einem noch weiteren herkömmlichen Ansatz kann/können eine externe Vorrichtung wie z. B. eine Widerstandsheizung und/oder Heizbirne in den Motorraum eingesetzt sein, um den Motor vor dem Starten zu erwärmen. Die offensichtlichen Nachteile dieses Ansatzes umfassen die Kosten für die zusätzliche Ausrüstung wie auch die Zeit, die erforderlich ist, um die Ausrüstung zwischen Motorstartzyklen zu installieren und zu entfernen, sowie die durch diese Ausrüstung verbrauchte Energie. Zum Beispiel werden ergänzende Kraftstoffsysteme in Brasilien verwendet. Auch zusätzliche Kraftstoffleitungsheizungen werden verwendet, um die Kraftstoffverdampfung zu unterstützen.
Zusammenfassung
Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zum Vorwärmen eines Kraftstoffes in einem Verbrennungsmotor vor. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass ein Strom in einer Solenoidspule einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors induziert wird und der Kraftstoff in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Verwendung einer Wärme, die durch den Strom erzeugt wird, erwärmt wird, bevor ein Verbrennungstakt des Motors eingeleitet wird.
Durch ein Vorwärmen des Kraftstoffes wird der Dampfdruck des Kraftstoffes erhöht, sodass er mit dem Kraftstoff-Partialdruck übereinstimmt, der für ein zündfähiges Kraftstoff/Luft-Gemisch erforderlich ist, was eine Zündung und vollständigere Verbrennungen zulässt, wodurch Emissionen, insbesondere während eines Kaltstarts, verbessert sind. Da die vorliegende Offenlegung den Kraftstoff unter Verwendung der bereits in dem Motor verfügbaren Ausrüstung vorwärmt, gibt es keine zusätzlichen Kosten und im Motor wird kein zusätzlicher Raum benötigt.
In weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass eine Temperatur überwacht wird und das Induzieren ausgeführt wird, wenn die Temperatur unter einer Schwellentemperatur liegt. Die Temperatur ist eine Motortemperatur. Alternativ ist die Temperatur eine Umgebungstemperatur.
In einem weiteren Merkmal wird der Kraftstoff über eine vorbestimmte Zeitspanne erwärmt.
In noch weiteren Merkmalen liegt der Strom unter einem Schwellenstrom. Der Schwellenstrom reicht nicht aus, um eine Betätigung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung einzuleiten.
Weitere Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele nur der Veranschaulichung dienen sollen und den Umfang der vorliegenden Offenlegung nicht einschränken sollen.
Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung, sollen den Umfang der vorliegenden Offenlegung in keiner Weise einschränken.
1 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Verbrennungsmotors;
2 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die in dem beispielhaften Motor von 1 enthalten ist; und
3 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte veranschaulicht, die durch die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung der vorliegenden Offenlegung ausgeführt werden.
Detaillierte Beschreibung
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist nur beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Zum besseren Verständnis werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugsziffern verwendet, um gleiche Elemente zu kennzeichnen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (mehrfach genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Schaltung oder weitere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktion bereitstellen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein beispielhaftes Motorsystem 10 veranschaulicht und umfasst einen Motor 12, der ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Im Spezielleren wird Luft in einen Ansaugkrümmer 14 durch eine Drossel 16 hindurch angesaugt. Die Luft wird in einen Zylinder 18 geleitet und mit Luft darin gemischt, um ein Verbrennungsgemisch zu bilden. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 spritzt direkt eine gewünschte Menge an Kraftstoff in den Zylinder 18 ein. Der Kraftstoff wird von einem Kraftstoffsystem 22 geliefert. Das Verbrennungsgemisch wird in dem Zylinder 18 komprimiert und gezündet, um einen Kolben (nicht gezeigt) hin- und her zu bewegen, der eine Kurbelwelle 24 drehbar antreibt. Abgas wird aus dem Zylinder 18 ausgestoßen und durch einen Abgaskrümmer 26 zu einem Abgasnachbehandlungssystem (nicht gezeigt) und hinaus in die Umgebung geleitet. Obwohl der beispielhafte Motor 12 nur einen einzigen Zylinder umfasst, ist zu erwarten, dass die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung der vorliegenden Offenlegung in Motoren mit einer beliebigen Anzahl von Zylinder implementiert sein kann.
Ein Steuermodul 30 regelt den Betrieb des Motorsystems 10. Im Spezielleren spricht ein Umgebungstemperatursensor 32 auf eine Umgebungstemperatur (T_AMB) an und erzeugt ein Signal auf deren Basis. Ein Motortemperatursensor 34 spricht auf eine Motortemperatur (T_ENG) an und erzeugt ein Signal auf deren Basis. T_ENG kann als eine Temperatur eines Motoröls und/oder Kühlmittels vorgesehen sein, und kann als eine Temperatur einer Motorkomponente (z. B. eines Motorblocks vorgesehen sein). Das Steuermodul 30 erzeugt selektiv Steuersignale auf der Basis von T_AMB und/oder T_ENG, wie unten stehend in weiterem Detail erläutert, um eine Stromansteuereinrichtung 36 zu steuern, die den an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gelieferten Strom regelt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 ist die beispielhafte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 veranschaulicht. Die beispielhafte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 ist sehr genau in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6 065 684 , herausgegeben am 23. Mai 2000, mit dem Titel Fuel Injector and Method, dessen Offenlegung hierin durch Bezugnahme ausdrücklich aufgenommen ist, beschrieben. Die beispielhafte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 umfasst einen oberen Aufbau 40 und einen unteren Aufbau 42. Der obere Aufbau 40 umfasst einen Kraftstoffeinlass 44 und einen Kraftstofffilter 46, durch welches Kraftstoff in einen inneren Hohlraum 48 strömt, der innerhalb des oberen und des unteren Aufbaus 40, 42 definiert ist.
Eine Solenoidanordnung 50 ist in dem oberen Aufbau 40 angeordnet und betätigt selektiv eine Ventilanordnung 52, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Aufbau 40, 42 erstreckt. Die Solenoidanordnung 50 umfasst eine Vielzahl von Solenoidspulen 54, 56, die mit der Stromansteuereinrichtung 36 über einen Ansteuerschaltung 58, der Anschlüsse 60, 62 umfasst, elektrisch verbunden sind. Die Ventilanordnung 52 umfasst einen Anker 64, der zwischen den Solenoidspulen 54, 56 angeordnet ist und der fest an einem Zapfen 66 befestigt ist. Der Zapfen 66 umfasst einen Ventilkopf 68, der an einem Ventilsitz 70 sitzt, der am Ende des unteren Aufbaus 42 angeordnet ist. Eine Feder 72 spannt den Anker 64 und den Zapfen 66 nach oben zu dem oberen Aufbau 40 und stellt sicher, dass der Ventilkopf 68 am Ventilsitz 70 sitzt. Die Solenoidspulen 54, 56 werden selektiv betätigt, um eine Abwärtsbewegung des Ankers 64 und des Zapfens 66 gegen die Vorspannkraft der Feder 72 zu induzieren. Wenn sich der Ventilkopf 68 von dem Ventilsitz 70 wegbewegt, entweicht unter Druck stehendes Fluid im inneren Hohlraum 48 aus der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 und wird in den Zylinder 18 eingespritzt.
Die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung der vorliegenden Offenlegung wärmt unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und der zugehörigen Ansteuerschaltung selektiv Kraftstoff vor, der an den Zylinder geliefert werden soll. Im Spezielleren wärmt die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung den in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorhandenen Kraftstoff unter Verwendung von Energie vor, die von der Solenoidspule und der Ansteuerschaltung abgegeben wird. Das Erwärmen des Kraftstoffes erhöht den Dampfdruck des Kraftstoffes und verbessert die Kraftstoffverdampfung und die Startfreudigkeit. Die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung ist besonders vorteilhaft, wenn sie mit Kraftstoffen mit einem hohen Ethanolgehalt, einem niedrigen Dampfdruck nach Reid (RVP) oder einem niedrigen Drivability Index (DI) verwendet wird.
In einer Ausführungsform wärmt die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung den Kraftstoff vor, wenn der bevorstehende Motorstart als Kaltstart angesehen wird. Ob der Motorstart als Kaltstart betrachtet wird, kann auf der Basis von T_AMB und/oder T_ENG ermittelt werden. Wenn beispielsweise T_AMB unter einem Schwellenwert (T_THR) liegt, wird der Motorstart als Kaltstart angesehen. Optional wird der Motorstart als Kaltstart angesehen, wenn T_ENG unter einem Kaltstartschwellenwert (T_CS) liegt. T_ENG wird vorzugsweise verwendet, da sie für das Kraftstoffverdampfungsvermögen des Motors bezeichnender ist. Beispielsweise kann T_ENG selbst dann, wenn der Motor bei einer T_AMB still steht, die unter T_THR liegt, noch immer über T_CS liegen, wenn der Motor seit dem letzten Laufen nur für eine kurze Zeitspanne still gestanden ist.
Die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung wärmt den Kraftstoff über eine Schwellenzeitspanne vor, bevor eine Zündung eingeleitet wird. Die Wärme wird durch die Solenoidspule erzeugt, ohne den Zapfen des Ventils zu öffnen, wodurch verhindert wird, dass Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Dies wird bewerkstelligt, indem ein niedriger Strom oder Kaltstartstrom (i_CS) an die Einspritzeinrichtungssolenoidspule über die Schwellenzeitspanne (t_THR) vor dem Einleiten einer Zündung geliert wird. i_CS ist niedrig genug, um eine ausreichende Kraft zu erzeugen, um der Schließfeder entgegen zu wirken und den Einspritzeinrichtungsanker zu bewegen, was andernfalls dazu führen würde, dass Kraftstoff vorzeitig in den Zylinder eingespritzt wird. Die Stromsteuerung wird unter Verwendung der variablen Stromansteuerungseinrichtung aktiviert.
t_THR kann auf der Basis einer Anzahl von Faktoren, die die Masse des Kraftstoffs, der erwärmt werden soll, die spezifische Art von Kraftstoff und/oder Eigenschaften des Kraftstoffes umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, ermittelt werden. Zum Beispiel kann t_THR länger sein, wenn gewünscht wird, den gesamten Kraftstoff, der in dem Hohlraum 48 vorhanden ist, zu erwärmen, und kann kürzer sein, wenn gewünscht wird, nur einen Teil des Kraftstoffes in dem Hohlraum 48 (z.B. den Kraftstoff in dem unteren Aufbau 42) zu erwärmen. t_THR kann auch auf der Basis der überwachten Temperatur (z.B. T_AMB und/oder T_ENG) variieren. Wenn die überwachte Temperatur z.B. deutlich unter dem Schwellenwert (z.B. T_THR oder T_CS) liegt, kann es sein, dass der Kraftstoff länger braucht, um erwärmt zu werden. Demgemäß ist t_THR länger. Wenn die überwachte Temperatur geringfügig unter dem Schwellenwert (z.B. T_THR oder T_CS) liegt, kann es sein, dass der Kraftstoff nicht sehr lange erwärmt werden muss. Demgemäß ist t_THR kürzer.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 werden beispielhafte Schritte, die durch die Kraftstoff-Vorwärmsteuerung ausgeführt werden, im Detail beschrieben. In Schritt 300 bestimmt die Steuerung, ob ein Motorstart angefordert wird. Dies wird allgemein auf der Basis einer Fahreranforderung ermittelt, die typischerweise auf der Basis einer Schlüsselstellung erzeugt wird. Wenn kein Motorstart angefordert wird, schleift die Steuerung zurück. Wenn ein Motorstart angefordert wird, bestimmt die Steuerung in Schritt 302, ob T_ENG kleiner ist als T_CS. Wenn T_ENG nicht kleiner ist als T_CS, leitet die Steuerung in Schritt 304 einen normalen Motorstart ein und die Steuerung endet. Wenn T_ENG kleiner als T_CS ist, setzt die Steuerung in Schritt 306 fort.
Bei Schritt 306 setzt die Steuerung einen Zeitgeber t gleich Null. Die Steuerung liefert in Schritt 306 einen i_CS an die Einspritzeinrichtung oder Einspritzeinrichtungen. In Schritt 310 ermittelt die Steuerung, ob t größer ist als t_HR. Wenn t nicht größer ist als t_THR, inkrementiert die Steuerung t in Schritt 312 und schleift zu Schritt 308 zurück. Wenn t größer als t_THR ist, leitet die Steuerung in Schritt 314 eine Zündung ein und die Steuerung endet.
Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung einsehen, dass die ausführliche Lehre der vorliegenden Erfindung in einer Viel falt von Formen implementiert sein kann. Daher soll, während die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen derselben beschrieben wurde, der tatsächliche Umfang der Erfindung nicht derart eingeschränkt sein, da weitere Abwandlungen für den Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich sein werden.

Claims

Verfahren zum Vorwärmen eines Kraftstoffes in einem Verbrennungsmotor, umfassend die Schritte, dass: ein Strom in einer Solenoidspule einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors induziert wird; und der Kraftstoff in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Verwendung von Wärme, die durch den Strom erzeugt wird, erwärmt wird, bevor ein Verbrennungstakt des Motors eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte, dass: eine Temperatur überwacht wird; und das Induzieren ausgeführt wird, wenn die Temperatur unter einer Schwellentemperatur liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperatur eine Motortemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperatur eine Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erwärmen des Kraftstoffes über eine vorbestimmte Zeitspanne erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strom unter einem Schwellenstrom liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schwellenstrom nicht ausreicht, um eine Betätigung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung einzuleiten.
System zum Vorwärmen eines Kraftstoffes in einem Verbrennungsmotor, umfassend: eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die in dem Motor angeordnet ist und eine Solenoidspule umfasst und darin vorhandenen Kraftstoff aufweist; und ein erstes Modul, das einen Strom in der Solenoidspule der Kraftstoffeinspritzeinrichtung induziert, wobei der Kraftstoff in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Verwendung von Wärme, die durch den Strom erzeugt wird, erwärmt wird, bevor ein Verbrennungstakt des Motors eingeleitet wird.
System nach Anspruch 8, ferner umfassend ein zweites Modul, das eine Temperatur überwacht und das dem ersten Modul signalisiert, den Strom zu induzieren, wenn die Temperatur unter einer Schwellentemperatur liegt.
System nach Anspruch 9, wobei die Temperatur eine Motortemperatur ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Temperatur eine Umgebungstemperatur ist.
System nach Anspruch 8, wobei das Erwärmen des Kraftstoffes über eine vorbestimmte Zeitspanne erfolgt.
System nach Anspruch 8, wobei der Strom unter einem Schwellenstrom liegt.
System nach Anspruch 13, wobei der Schwellenstrom nicht ausreicht, um eine Betätigung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung einzuleiten.
Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors, umfassend die Schritte, dass: ein Strom in einer Solenoidspule einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors induziert wird; und der Kraftstoff in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Verwendung von Wärme, die durch den Strom erzeugt wird, erwärmt wird, bevor ein Verbrennungstakt des Motors eingeleitet wird, wobei die vorbestimmte Zeitspanne auf der Basis einer Masse des Kraftstoffes, der erwärmt werden soll, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 ferner umfassend die Schritte, dass: eine Temperatur überwacht wird; und das Induzieren ausgeführt wird, wenn die Temperatur unter einer Schwellentemperatur liegt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Temperatur eine Motortemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Temperatur eine Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Masse des Kraftstoffes, die erwärmt werden soll, zumindest teilweise auf der Basis eines Volu mens eines Hohlraumes in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, in der Kraftstoff erhalten ist, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Strom unter einem Schwellenstrom liegt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schwellenstrom nicht ausreicht, um eine Betätigung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung einzuleiten.