-
Die
vorliegende Erfindung beansprucht Priorität zu der vorläufigen
U.S. Patentanmeldung Nr. 60/832,836, eingereicht am 24 Juli 2006,
mit dem Titel „Single Nozzle System for Rapidly Variable
Direct Injection of Gasoline and Ethanol Mixtures", deren gesamter
Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
-
Hintergrund und Kurzdarlegung
-
Es
wurden Motoren beschrieben, die verschiedene Formen der Kraftstoffzufuhr
zum Vorsehen einer Sollmenge an Kraftstoff zur Verbrennung in jedem
Zylinder nutzen. Eine Art von Kraftstoffzufuhr verwendet ein Kanaleinspritzventil
zum Zuführen von Kraftstoff zu jeweiligen Zylindern. Eine
noch andere Art von Kraftstoffzufuhr nutzt ein Direkteinspritzventil für
jeden Zylinder.
-
Es
wurden Motoren beschrieben, die mehrere Einspritzventilstellen bei
verschiedenen Kraftstoffarten verwenden. Ein Beispiel wird in den
Veröffentlichungen mit den Titeln "Calculations
of Knock Suppression in Highly Turbocharged Gasoline/Ethanol Engines
Using Direct Ethanol Injection" und "Direct Injection Ethanol Boosted
Gasoline Engine: Biofuel Leveraging for Cost Effective Reduction
of Oil Dependence and CO2 Emissions" von Heywood et al. beschrieben.
Im Einzelnen beschreiben die Veröffentlichungen von Heywood
et al. das direkte Einspritzen von Ethanol zur Verbesserung von
Ladeluftkühlwirkungen, während kanaleingespritztes
Benzin zum Vorsehen des Großteils des verbrannten Kraftstoffs über
einem Fahrzyklus hinweg genutzt wird.
-
Der
vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass unter bestimmten Bedingungen,
beispielsweise wenn eines der Einspritzventile nicht ständig
einen Kraftstoff oder eine andere Substanz einspritzt, der Folgebetrieb
des Einspritzventils verschlechtert werden kann, wobei Einspritzventilverschmutzung
auftritt. Zum Beispiel kann ein Direkteinspritzventil verschmutzt
werden, wobei sich Ruß oder andere Verbrennungsprodukte
an oder um die Einspritzventildüse bilden, wodurch die
Einspritzventilleistung gemindert wird.
-
Die
vorliegenden Erfinder haben auch erkannt, dass die Temperatur des
Einspritzventils während Zeiträumen ansteigen
kann, da das Einspritzventil keine Einspritzung ausführt,
da die Einspritzung einer Substanz das Einspritzventil abkühlen kann
und/oder Stagnation der Substanz stromabwärts des Einspritzventils
weniger Wärme von dem Einspritzventil abführen
kann. Wenn der Zeitraum zwischen Einspritzvorgängen zu
groß wird, kann das Einspritzventil einen Temperaturgrenzwert überschreiten,
bei dem eine Einspritzventildegradation und/oder ein Einspritzventilausfall
auftritt. Ferner kann bei hohen Einspritzventiltemperaturen die durch
das Einspritzventil tretende Substanz Schaden nehmen oder kann das
Einspritzventil verschmutzen.
-
Somit
wird bei einer Verfahrensweise ein Verfahren zum Betreiben eines
Motors eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei der Motor eine veränderliche
Motorleistung aufweist. Das Verfahren umfasst während einer
ersten Motorleistung das Zuführen eines ersten Kraftstoffs
zu mindestens einem Zylinder des Motors mittels eines ersten Einspritzventils
und das direkte Einspritzen eines zweiten Kraftstoffs direkt in
den Zylinder mittels eines zweiten Einspritzventils; und während
einer zweiten Motorleistung, die niedriger als die ersten Motorleistung
ist, das Zuführen des ersten Kraftstoffs zu dem mindestens
einen Zylinder des Motors mittels des ersten Einspritzventils und
das direkte Einspritzen mindestens einer Spülsubstanz mittels
des zweiten Einspritzventils beruhend auf einem Ruhezeitraum seit
einer vorherigen Einspritzung durch das zweite Einspritzventil.
Auf diese Weise kann eine Verschmutzung oder thermische Degradation
des Einspritzventils durch regelmäßiges Spülen
des Einspritzventils mit einer Spülsubstanz verringert
werden.
-
Zudem
haben die Erfinder erkannt, dass Spülen eines Einspritzventils
eine Veränderung des Sauerstoffgehalts und/oder des Wärmegehalts
der dem Motor gelieferten Kraftstoffmischung hervorrufen kann. In
Situationen, da ein Spülen zum Verringern von Verschmutzung
oder thermischer Degradation des Einspritzventils verwendet wird,
können unerwünschte Änderungen oder Abweichungen
von einem geforderten Kraftstoff/Luft-Verhältnis der Zylinderfüllung
und/oder der Drehmomenterzeugung durch den Motor auftreten.
-
Somit
kann das Verfahren weiterhin eine Menge des ersten Kraftstoffs,
die mittels des ersten Einspritzventils eingespritzt wird, als Reaktion
auf eine Menge der Spülsubstanz verändern, die
mittels des zweiten Einspritzventils eingespritzt wird Auf diese
Weise können das geforderte Kraftstoff/Luft-Verhältnis
und die Motordrehmomentleistung erreicht werden, während
Verschmutzung und thermische Degradation des Einspritzventils verringert
werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine schematische Darstellung eines beispielshaften Motors 10,
der eine Zufuhr mehrerer Substanzen erhält.
-
2 zeigt
einen beispielhaften Zylinder des Motors von 1 näher.
-
3 zeigt
eine beispielhafte Ladevorrichtung, die mit dem Motor von 1 verwendet
werden kann.
-
4A und 4B zeigen
beispielhafte Kraftstoffanlagen für den Motor von 1.
-
5 und 6 zeigen
beispielhafte Routinen, die durch ein Steuersystem für
den Motor von 1 verwendet werden können.
-
7 und 8 sind
Kurvenblätter, die beispielhafte Kennfelder darstellen,
die von dem Steuersystem des Motors von 1 verwendet
werden können.
-
9 zeigt spezifische beispielhafte Einspritzstrategien,
die von dem Steuersystem für den Motor von 1 ausgeführt
werden können.
-
Eingehende Beschreibung
-
Benzinmotoren,
insbesondere solche mit einer Ladevorrichtung, können eine
veränderliche Direkteinspritzung eines klopfunterdrückenden
Kraftstoffs, beispielsweise Alkohol oder eine Alkoholmischung, verwenden,
um verbesserte Leistung vorzusehen. Als prophetisches Beispiel kann
ein aufgeladener Motor mit hohem Verdichtungsverhältnis,
der mit selektiver und veränderlicher Ethanoldirekteinspritzung
zusätzlich zu Benzineinspritzung ausgelegt ist, gegenüber
einem Saugmotor mit Fremdzündung eine Wirkungsgradsteigerung
von 20%–30% bei Zufuhr des gleichen Drehmoments und der
gleichen Leistung erreichen. Das direkt eingespritzte Ethanol kann
teils aufgrund des Verdampfungskühlens der Kraftstoff/Luft-Fülling
in dem Zylinder des Motors eine große Klopfunterdrückungswirkung
vorsehen. Diese Verbesserung des Wirkungsgrads kann ein erhebliches
Verkleinern des Motors und/oder Betreiben des Motors bei einem höheren
Verdichtungsverhältnis ermöglichen, während
ein ähnlicher Leistungswert vorgesehen wird.
-
1 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motors 10,
der eine Zufuhr von mehreren Substanzen (1, 2, ..., N) erhält,
wie durch Pfeil 8 gezeigt wird. Die verschiedenen Substanzen können
mehrere unterschiedliche Kraftstoffe, Kraftstoffmischungen, Einspritzstellen
oder verschiedene andere Alternative umfassen.
-
Zum
Beispiel können dem Motor mehrere unterschiedliche Substanzen
mit unterschiedlichen Benzin-, Alkohol- und/oder Wasserkonzentrationen geliefert
werden. Diese Substanzen können in einem Mischzustand geliefert
werden oder separat geliefert werden. Ferner können die
relativen Mengen der verschiedenen Substanzen, die dem Motor geliefert werden,
durch ein Steuersystem 12 als Reaktion auf Betriebsbedingungen,
die mittels eines oder mehrerer bei 4 gezeigter Sensoren festgestellt
werden können, veränderlich gesteuert werden.
Diese Sensoren können u. a. Motorsensoren, Getriebesensoren, Fahrzeugsensoren
und Umgebungsbedingungssensoren umfassen.
-
Als
nicht einschränkendes Beispiel können verschiedene
Substanzen verschiedene Kraftstoffe mit unterschiedlichen Alkohol-
und/oder Oktangehalten darstellen. Zum Beispiel kann eine erste
Substanz Benzin umfassen und eine zweite Substanz kann einen Alkohol
wie Ethanol oder Methanol umfassen. Als anderes Beispiel kann eine
erste Substanz eine erste Mischung oder ein erstes Gemisch aus unterschiedlichen
Kraftstoffen umfassen, und eine zweite Substanz kann eine Mischung
oder ein Gemisch aus Kraftstoffen umfassen, wobei die zweite Substanz
eine höhere Konzentration mindestens einer Komponente umfasst
als die erste Substanz. Zum Beispiel kann diese Komponente Wasser,
Benzin, Diesel, Dimethylether oder Butanol etc. umfassen. Somit
können diese Kraftstoffgemische E85 (das in etwa nominell
85 Vol.-% Ethanol und 15 Vol-% Benzin, in der Praxis aber eher 80
Vol.-% Ethanol und 20 Vol.-% Benzin umfasst), M85 (das aus etwa 85%
Methanol und 15% Benzin besteht), E10 (das aus etwa 90% Benzin und
10% Ethanol besteht) oder ein anderes geeignetes Gemisch umfassen.
Wie hierin beschrieben kann der Begriff Substanz somit eine reine
Substanz oder eine Mischung von zwei oder mehr verschiedenen Substanzen
umfassen.
-
Diese
unterschiedlichen Substanzen können dem Motor auf verschiedene
Weise zugeführt werden. In manchen Ausführungsformen
können verschiedene Einspritzventile zum Zuführen
der verschiedenen Substanzen verwendet werden.
-
Ferner
können diese Einspritzventile an ähnlichen oder
verschiedenen Stellen des Motor angeordnet sein. Zum Beispiel kann
ein erstes Einspritzventil als Direkteinspritzventil zum Einspritzen
einer ersten Substanz direkt in einen Brennraum des Motors ausgelegt
sein, während ein zweites Einspritzventil als Kanaleinspritzventil
zum Einspritzen einer zweiten Substanz in einen Einlasskanal des
Motors stromaufwärts des Brennraums ausgelegt sein kann. Alternativ
können ein erstes Einspritzventil zum Einspritzen einer
ersten Substanz und ein zweites Einspritzventil zum Einspritzen
einer zweiten Substanz beide als Direkteinspritzventile zum Zuführen
der Substanzen direkt in den Brennraum des Motors ausgelegt sein.
-
In
manchen Ausführungsformen kann ein einzelnes Einspritzventil
verwendet werden, um dem Motor zwei Substanzen selektiv zuzuführen,
wobei die beiden Substanzen beruhend auf der gewählten Position
eines Mischventils, das stromaufwärts des Einspritzventils
angeordnet ist, als Gemisch oder separat vorgesehen werden können.
Zum Beispiel kann eine erste Substanz als erster Einspritzvorgang direkt
in einen Brennraum des Motors zugeführt werden und eine
zweite Substanz kann als zweiter Einspritzvorgang mittels des gleichen
Direkteinspritzventils dem Brennraum zugeführt werden.
Alternativ können die erste Substanz und die zweite Substanz dem
Brennraum als Gemisch mittels eines einzigen Einspritzvorgangs durch
das Direkteinspritzventil zugeführt werden. Somit versteht
sich, dass die Einspritzung des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs
entweder gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten ausgeführt
werden kann.
-
Durch
ein oder mehrere der vorstehend beschriebenen Systeme können
verschiedene vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden. Wenn zum Beispiel sowohl
Benzin als auch ein Alkohol aufweisender zweiter Kraftstoff (z.
B. Ethanol) verwendet werden, kann es möglich sein, die
relativen Mengen der dem Motor gelieferten Kraftstoffe anzupassen,
um die verstärke Ladungskühlung der Alkoholkraftstoffe
(z. B. mittels Direkteinspritzung) auszunutzen, wodurch die Klopfneigung
reduziert wird. Dieses Phänomen kombiniert mit erhöhtem
Verdichtungsverhältnis und/oder Aufladen (einschließlich
Erhöhen von Krümmerdruck) und/oder Verkleinern
des Motors kann dann genutzt werden, um Kraftstoffwirtschaftlichkeitsgewinne
(durch Verringern der Klopfbeschränkungen am Motor) zu
erhalten, während es dem Motor ein Laufen mit Benzin bei
leichteren Lasten ermöglicht, wenn Klopfen keine so große
Beschränkung ist.
-
Figur
A einen beispielhaften Zylinder oder Brennraum 30 von Motor 10 näher.
Der Motor 10, wie er hierin gezeigt und beschrieben wird,
kann in einem Fahrzeug enthalten sein, neben anderen Arten von Fahrzeugen
beispielsweise einem Straßenkraftfahrzeug. In manchen Beispielen
kann der Motor 10 als Teil eines Hybridantriebssystems
enthalten sein, das ein oder mehrere andere Motoren oder Brennkraftmaschinen
umfasst, beispielsweise im Fall eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV).
Während die beispielhaften Anwendungen von Motor 10 unter
Bezug auf Fahrzeuge beschrieben werden, versteht sich, dass der
Motor 10 in anderen Anwendungen verwendet werden kann,
die nicht unbedingt auf Fahrzeugantriebssysteme beschränkt
sind.
-
In
der in 2 gezeigten bestimmten Ausführungsform
umfasst der Motor eine Kraftstoffanlage mit zwei Kraftstoffeinspritzventilen
pro Zylinder für mindestens einen Zylinder des Motors.
In manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors zwei
Kraftstoffeinspritzventile umfassen. Die beiden Einspritzventile
können an verschiedenen Stellen angeordnet sein, beispielsweise
als zwei Kanaleinspritzventile, ein Kanaleinspritzventil und ein
Direkteinspritzventil (wie in 2 gezeigt),
zwei Direkteinspritzventile, ein einzelnes Direkteinspritzventil
für zwei Kraftstoffe oder in anderen Konfigurationen.
-
Weiter
mit 2 wird ein Mehrfacheinspritzungssystem, bei dem
der Motor 10 sowohl Direkt- als auch Kanal-Kraftstoffeinspritzung
sowie Fremdzündung aufweist, gezeigt. Der Verbrennungsmotor 10,
der mehrere Brennräume umfasst, wird durch ein elektronisches
Motorsteuersystem 12 gesteuert. Der Brennraum 30 des
Motors 10 wird mit Brennraumwänden 32 mit
einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen
Kolben 36 gezeigt. In einem bestimmten Beispiel kann der
Kolben 346 eine Aussparung oder Mulde (nicht dargestellt)
umfassen, um bei Bedarf die Ausbildung geschichteter Füllungen
aus Luft und Kraftstoff zu unterstützen. In einer anderen
Ausführungsform kann aber ein Kolben mit einer flachen
Stirnseite verwendet werden.
-
Der
Brennraum bzw. Zylinder 30 wird mit dem Ansaugkrümmer 44 und
dem Abgaskrümmer 48 mittels jeweiliger Einlassventile 52a und 52b (nicht dargestellt)
und Auslassventile 54a und 54b (nicht dargestellt)
in Verbindung stehend gezeigt. Während somit vier Ventile
pro Zylinder verwendet werden können, können in
einer anderen Ausführungsform auch ein einziges Einlass-
und ein einziges Auslassventil pro Zylinder verwendet werden. In
noch anderen Ausführungsformen können zwei Einlassventile und
ein Auslassventil pro Zylinder verwendet werden. Des Weiteren können
drei oder mehr Einlassventile und/oder drei oder mehr Auslassventile
pro Zylinder verwendet werden.
-
Der
Brennraum 30 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen,
das das Verhältnis von Volumina zwischen einem Befinden
des Kolbens 36 bei der unteren Mitte bis zu einem Befinden
des Kolbens 36 an der oberen Mitte ist. In einem Beispiel
kann das Verdichtungsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1
bis 15:1 liegen. Es können aber andere Verdichtungsverhältnisse
verwendet werden, einschließlich Verdichtungsverhältnisse
von über 15:1 oder kleiner als 13:1. Zum Beispiel kann
bei Verdichtungsverhältnisse von über 15:1 eine
größere Menge der klopfunterdrückenden
Substanz oder des klopfunterdrückenden Kraftstoffgemisches
verwendet werden, um Klopfen zu mindern, während bei Verdichtungsverhältnissen
unter 13:1 eine kleinere Menge eines klopfunterdrückenden
Kraftstoffs oder Kraftstoffgemischs zum Verringern von Klopfen verwendet
werden kann.
-
Das
Einspritzventil 66a wird mit dem Brennraum 30 zum
Zuführen von eingespritztem Kraftstoff direkt in diesen
proportional zur Pulsbreite eines von dem Steuergerät 12 mittels
eines elektronischen Treibers 68a empfangenen Signals direkt
verbunden gezeigt. Während 2 das Einspritzventil 66a als Seiteneinspritzventil
zeigt, kann es sich auch über dem Kolben befinden, beispielsweise
nahe der Position der Zündkerze 92. Eine solche
Position kann das Mischen und die Verbrennung aufgrund geringerer Flüchtigkeit
einiger alkoholbasierter Kraftstoffe verbessern. Alternativ kann
das Einspritzventil oben liegend und nahe dem Einlassventil angeordnet
sein, um das Mischen zu verbessern. Als nicht einschränkendes
Beispiel können ein oder mehrere der Einspritzventile 66a und 66b als
schnell reagierendes Einspritzventil ausgelegt sein (z. B. zum Liefern
einer im Wesentlichen kurzen Pulsbreite ausgelegt sein), um die
Menge an Kraftstoff oder einer anderen Spülsubstanz zu
minimieren oder zu reduzieren, die zum Spülen des Einspritzventils
verwendet wird, wie hierin näher beschrieben wird.
-
Durch
eine (nicht dargestellte) Hochdruck-Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank,
Kraftstoffpumpen und einem Kraftstoffverteilerrohr kann dem Einspritzventil 66a Kraftstoff
zugeführt werden. Alternativ können Kraftstoff
und/oder Wasser durch eine einstufige Kraftstoffpumpe bei niedrigerem Druck
zugeführt werden, in welchem Fall die Steuerzeiten der
Direktkraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts
beschränkter sein können als bei Verwendung einer
Hochdruck-Kraftstoffanlage. Während dies nicht gezeigt
wird, kann desweiteren der Kraftstofftank (bzw. die Kraftstofftanks)
(jeweils) einen Druckwandler aufweisen, der dem Steuersystem 12 ein
Signal liefert.
-
Das
Einspritzventil 66b wird mit dem Ansaugkrümmer 44 statt
direkt mit dem Zylinder 30 verbunden gezeigt. Das Einspritzventil 66b liefert
eingespritzten Kraftstoff proportional zur Pulsbreite des von dem
Steuersystem 12 mittels eines elektronischen Treibers 68b empfangenen
Signals. Zu beachten ist, dass ein einzelner Treiber für
beide Kraftstoffeinspritzanlagen verwendet werden kann oder dass mehrere
Treiber verwendet werden können. Die Kraftstoffanlage 164 wird
ebenfalls in schematischer Form gezeigt, wobei sie dem Ansaugkrümmer 44 Dämpfe
liefert, wobei die Kraftstoffanlage 164 auch mit den Einspritzventilen 66a und 66b verbunden
ist (wenngleich dies in dieser Figur nicht gezeigt wird). Es können
verschiedene Kraftstoffanlagen und Kraftstoffdampfspülanlagen
verwendet werden.
-
Der
Ansaugkrümmer 44 wird mit dem Drosselkörper 58 mittels
einer Drosselklappe 62 verbunden gezeigt. In diesem bestimmten
Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem elektrischen
Motor 94 verbunden, so dass die Stellung der elliptischen Drosselklappe 62 durch
das Steuersystem 12 mittels des Elektromotors 94 gesteuert
wird. Diese Konfiguration kann als elektronische Drosselsteuerung (ETC,
kurz vom engl. Electronic Throttle Control) bezeichnet werden, die
auch während Leerlaufdrehzahlsteuerung verwendet werden
kann. In einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform
ist ein Bypass-Luftkanal parallel zur Drosselklappe 62 angeordnet,
um angesaugten Luftstrom während Leerlaufdrehzahlsteuerung
mittels eines in dem Luftkanal positionierten Leerlaufsteuerungs-Bypass-Ventils
zu steuern.
-
Ein
Abgassensor 76 wird mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts
eines Katalysators 70 verbunden gezeigt (wobei der Sensor 76 verschiedenen
unterschiedlichen Sensoren entsprechen kann). Der Sensor 76 kann
zum Beispiel einen beliebigen von vielen Sensoren zum Liefern eines
Hinweises auf ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis von Abgas
umfassen, beispielsweise eine lineare Lambda-Sonde, einen UEGO,
eine Lambda-Sonde mit zwei Zuständen, einen EGO, einen
HEGO oder einen HC- oder CO-Sensor. In diesem bestimmten Beispiel
ist der Sensor 76 eine Lambda-Sonde mit zwei Zuständen, die
ein Signal EGO an das Steuersystem 12 liefert, das das
Signal EGO in ein Zweizustand-Signal EGOS umwandelt. Ein Hochspannungszustand
des Signals EGOS zeigt, dass Abgase unterstöchiometrisch
sind, und ein Niederspannungszustand des Signals EGOS zeigt an,
dass Abgase überstöchiometrisch sind. Das Signal
EGOS kann während der Luft/Kraftstoff-Regelung vorteilhaft
genutzt werden, um das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis während
einer stöchiometrischen homogenen Betriebsart bei Stöchiometrie
zu halten. Weitere Einzelheiten der Steuerung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
sind hierin enthalten. Der Sensor 160 kann auch mittels
eines Signals 162, das dem Steuersystem 12 eine
die O2-Konezntration anzeigende Spannung liefert, einen Hinweis
auf Sauerstoffkonzentration in dem Abgas vorsehen. Zum Beispiel
kann der Sensor 160 ein HEGO, UEOG, EGO oder eine andere
Art von Abgassensor sein. Zu beachten ist auch, dass wie vorstehend
bezüglich Sensor 76 beschrieben der Sensor 160 verschiedenen
unterschiedlichen Sensoren entsprechen kann. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 72 ist
stromabwärts des Katalysators 70 positioniert
gezeigt. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 72 kann ein
Dreiwegekatalysator oder ein NOx-Filter oder Kombinationen derselben
sein.
-
Eine
Zündanlage 88 liefert dem Brennraum 30 mittels
der Zündkerze 92 als Reaktion auf ein Zündfrühverstellungssignal
SA von dem Steuersystem 12 einen Zündfunken. In
manchen Ausführungsformen kann aber auf die Zündkerze 10 und
die Zündanlage 88 verzichtet werden, wobei die
Zündung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in dem Brennraum 30 durch
Kompressionszündung erreicht wird.
-
Das
Steuersystem 12 kann den Brennraum 30 in verschiedenen
Verbrennungsbetriebsarten arbeiten lassen, einschließlich
einer Betriebsart mit homogener Luft/Kraftstoff und/oder einer Betriebsart
mit geschichteter Luft/Kraftstoff, indem die Einspritzsteuerzeiten,
die Einspritzmengen, die Sprühmuster etc. gesteuert werden.
Ferner können in dem Brennraum kombinierte geschichtete
und homogene Mischungen gebildet werden. In einem Beispiel können
geschichtete Schichten durch Betreiben des Einspritzventils 66a während
eines Verdichtungstakts gebildet werden. In einem anderen Beispiel
kann eine homogene Mischung durch Betreiben eines oder beider Einspritzventile 66a und 66b während
eines Ansaugtakts (was eine offene Ventileinspritzung sein kann) gebildet
werden. In einem noch anderen Beispiel kann ein homogenes Gemisch durch
Betreiben eines oder beider Einspritzventile 66a und 66b vor
einem Ansaugtakt (was eine geschlossene Ventileinspritzung sein
kann) gebildet werden. In noch anderen Beispielen können
mehrere Einspritzungen von einem oder beiden Einspritzventilen 66a und 66b während
eines oder mehrerer Takte genutzt werden (z. B. Ansaugen, Verdichten,
Auspuff, etc.). Noch weitere Beispiele können sein, wenn
verschiedene Einspritzsteuerzeiten und Gemischbildungen unter verschiedenen
Bedingungen genutzt werden, wie nachstehend beschrieben wird. Es
wäre auch möglich, ein Einspritzventil so zu betreiben,
dass der Kraftstoff von diesem Einspritzventil im gesamten Zylinder
homogen verteilt wird (beispielsweise mittels früher Einspritzung
dieses Kraftstoffs oder mittels eines geeigneten Kraftstoffsprühmusters),
während der zweite Kraftstoff von einem anderen Einspritzventil
im gesamten Zylinder inhomogen verteilt wird (mittels später
Einspritzung des zweiten Kraftstoffs). Ferner ist es durch mehrere
Einspritzungen eines einzigen Kraftstoffs möglich, einen
Teil entweder des ersten oder des zweiten Kraftstoffs homogen verteilen
zu lassen, während der Rest des Kraftstoffs inhomogen verteilt wird.
-
Das
Steuersystem 12 kann die von den Kraftstoffeinspritzventilen 66a und 66b gelieferte Kraftstoffmenge
so steuern, dass die homogene, geschichtete oder kombiniert homogene/geschichtete Kraftstoff/Luft-Gesamtmischung
in dem Brennraum 30 bei Stöchiometrie, einem unterstöchiometrischen Wert
oder einem überstöchiometrischen Wert gewählt
werden kann. Während dies in 2 nicht
gezeigt wird, kann das Steuersystem dafür ausgelegt sein,
von einem oder beiden der Einspritzventile 66a und 66b Temperaturinformationen
zu erhalten. Als nicht einschränkendes Beispiels kann das
Einspritzventil 66a oder 66b einen Temperatursensor
zum Messen von Einspritzventiltemperatur umfassen.
-
Während 2 einen
mit einem Direkteinspritzventil und einem Kanaleinspritzventil ausgelegten
Zylinder zeigt, kann der Zylinder in einer alternativen Ausführung
zwei Direkteinspritzventile oder zwei Kanaleinspritzventile umfassen.
Wenn zum Beispiel der Zylinder zwei Kanaleinspritzventile umfasst, kann
mindestens eines der Kanaleinspritzventile so betrieben werden,
dass es eine als offenen Ventileinspritzung bezeichnete Einspritzung
ausführt, wobei das Kanaleinspritzventil eine Einspritzung
ausführt, während mindestens ein Einlassventil
des Zylinders geöffnet ist. Auf diese Weise kann eine Kanaleinspritzung
einer Substanz verwendet werden, um einige der Vorteile der Direkteinspritzung
zu erreichen, ohne dass das Einspritzventil in dem Zylinder angeordnet sein
muss.
-
Das
Steuergerät 12 wird als Mikrocomputer gezeigt,
welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104,
ein elektronisches Speichermedium für ausführbare
Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel
als Festwertspeicherchip 106 gezeigt wird, einen Arbeitsspeicher 108,
einen batteriestromgestützten Speicher 110 und
einen herkömmlichen Datenbus. Das Steuersystem 12 wird
gezeigt, wie es von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren
verschiedene Signale zusätzlich zu den bereits erläuterten
Signalen empfangen kann, darunter eine Messung der eingeleiteten
Luftmasse (MAF) von einem mit einem Drosselgehäuse 58 verbundenen
Luftmengenmesser 100; Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP)
von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118;
und eine Drosselklappenstellung TP von einem Drosselklappenstellungssensor 120;
ein Krümmerunterdrucksignal MAP von einem Sensor 122;
einen Hinweis auf Klopfen von einem Klopfsensor 182; und
einen Hinweis auf absolute oder relative Umgebungsfeuchtigkeit von
einem Sensor 180. Ein Motordrehzahlsignal RPM wird durch
das Steuersystem 12 aus dem Signal PIP in herkömmlicher
Weise erzeugt und ein Krümmerdrucksignal MAP von einem
Krümmerdrucksensor liefert einen Hinweis auf Unterdruck
bzw. Druck in dem Ansaugkrümmer. Während stöchiometrischen
Betriebs kann dieser Sensor einen Hinweis auf Motorlast geben. Ferner kann
dieser Sensor zusammen mit Motordrehzahl eine Füllungsschätzung
(einschließlich Luft) liefern, die in den Zylinder eingelassen
wird. In einem Beispiel erzeugt der Sensor 118, der auch
als Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl
an gleichmäßig beabstandeten Pulsen pro Umdrehung
der Kurbelwelle.
-
Weiter
mit 2 wird ein veränderliches Nockenwellensteuerungssystem
gezeigt. Im Einzelnen wird die Nockenwelle 130 des Motors 10 mit
Kipphebeln 132 und 134 zum Betätigen
der Einlassventile 52a, 52b und der Auslassventile 54a, 54b in
Verbindung stehend gezeigt. Die Nockenwelle 130 ist mit
einem Gehäuse 136 direkt verbunden. Das Gehäuse 136 bildet
ein Zahnrad mit mehreren Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist
mittels einer Steuerkette oder eines Steuerriemens (nicht dargestellt)
mit der Kurbelwelle 40 hydraulisch verbunden. Daher drehen das
Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 bei
einer Drehzahl, die im Wesentlichen gleich der der Kurbelwelle ist.
Durch Manipulieren der Hydraulikkopplung, wie später hierin
beschrieben wird, kann aber die relative Position der Nockenwelle 130 zur
Kurbelwelle 40 durch Hydraulikdrücke in einem
Frühverstellraum 142 und Spätverstellraum 144 verändert
werden. Durch Zulassen, dass Hydraulikfluid hohen Drucks in den
Frühverstellraum 142 eintritt, wird die relative
Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 auf
früh verstellt. Somit öffnen und schließen
die Einlassventile 52a, 52b und Auslassventile 54a, 54b im
Verhältnis zur Kurbelwelle 40 früher
als normal. Durch Zulassen, dass Hydraulikfluid hohen Drucks in
den Spätverstellraum 144 eintritt, wird analog
die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und
der Kurbelwelle 40 auf spät verstellt. Dadurch öffnen
und schließen die Einlassventile 52a, 52b und
die Auslassventile 54a, 54b im Verhältnis zur
Kurbelwelle 40 später als normal.
-
Während
dieses bestimmte Beispiel ein System umfasst, bei dem die Steuerzeiten
von Einlass- und Auslassventil gleichzeitig gesteuert werden, können
veränderliche Einlassnockensteuerung, veränderliche
Auslassnockensteuerung, duale unabhängige veränderliche
Nockensteuerung oder feste Nockensteuerung verwendet werden. Ferner
kann auch veränderlicher Ventilhub verwendet werden. Nockenwellenprofilumschalten
kann verwendet werden, um unterschiedliche Nockenprofile unter unterschiedlichen
Betriebsbedingungen vorzusehen. Des Weiteren kann der Ventiltrieb
Rollenschlepphebel, direkt wirkende Tassenstößel oder
andere alternative Kipphebel umfassen. Der Ventiltrieb kann von
einer nicht herkömmlichen Art sein, die nicht mechanische
Elemente, beispielsweise elektromechanische oder elektrohydraulische
Ventilmechanismen, umfasst.
-
Weiter
mit dem veränderlichen Nockensteuersystem ermöglichen
Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und
der Nockenwelle 130 verbunden sind, eine Messung der relativen
Nockenposition mittels eines Nockensteuersensors 150, der
ein Signal VCT zum Steuersystem 12 liefert. Zähne
1, 2, 3 und 4 werden bevorzugt zur Messung der Nockensteuerzeiten verwendet
und sind gleichmäßig beabstandet (zum Beispiel
in einem V-8-Motor mit dualer Bank um 90 Grad voneinander beabstandet),
während ein Zahn 5 bevorzugt zur Zylinderidentifizierung
verwendet wird, wie hierin später beschrieben wird. Ferner
sendet das Steuersystem 12 Steuersignale (LACT, RACT) zu
(nicht dargestellten) herkömmlichen Solenoidventilen, um
das Strömen von Hydraulikfluid entweder in den Frühverstellraum 142,
den Spätverstellraum 144 oder keine davon zu steuern.
-
Die
relativen Nockensteuerzeiten kann auf vielerlei Weise gemessen werden.
Allgemein gesagt gibt die Zeit bzw. der Drehwinkel zwischen der
ansteigenden Flanke des PIP-Signals und dem Empfangen eines Signals
von einem der mehreren Zähne 138 auf dem Gehäuse 136 ein
Maß der relativen Nockensteuerzeiten. Für das
spezielle Beispiel eines V-8-Motors mit zwei Zylinderbänken
und eines Rads mit fünf Zähnen wird ein Maß der
Nockensteuerzeiten für eine bestimmte Bank viermal pro
Umdrehung empfangen, wobei das Extrasignal für die Zylinderidentifizierung
verwendet wird.
-
Alternativ
können in manchen Ausführungsformen ein oder mehr
der Einlass- und/oder Auslassventile durch elektrische Ventilbetätigung
(EVA) oder hydraulische Ventilbetätigung (HVA) gesteuert
werden. Zum Beispiel können die Auslassventile durch ein
veränderliches Nockenwellensteuersystem gesteuert werden,
während die Einlassventile durch EVA gesteuert werden können.
Die Ventilsteuerzeiten und/oder der Ventilhub können durch
das Steuersystem durch Verändern des an den elektromechanischen
Ventilaktoren angelegten elektrischen Stroms gesteuert werden.
-
Weiter
mit 2 wird eine Abgasrückführungsanlage
gezeigt. Abgas kann dem Ansaugkrümmer 44 durch
ein AGR-Rohr zugeführt werden, das mit dem Abgaskrümmer 48 durch
eine (nicht gezeigte) AGR-Ventilanordnung in Verbindung steht. Alternativ
könnte das AGR-Rohr ein innen geführter Durchlass
im Motor sein, der zwischen dem Abgaskrümmer 48 und
dem Ansaugkrümmer 44 Verbindung herstellt.
-
Es
kann eine Regelung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses zum
Vorsehen des Betriebs nahe der Stöchiometrie verwendet
werden. Ferner können Rückmeldungen von Abgassauerstoffsensoren
zum Steuern des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses während
des mageren und während des fetten Betriebs verwendet werden.
Insbesondere kann ein schaltender beheizter Abgassauerstoffsensor
(HEGO) für die Steuerung des stöchiometrischen
Kraftstoff/Luft-Verhältnisses durch Steuern des eingespritzten
Kraftstoffs (oder zusätzlicher Luft mittels Drossel oder
VCT) basierend auf Rückmeldung von dem HEGO-Sensor und
dem Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis verwendet werden. Ferner
kann ein UEGO-Sensor (der einen im Wesentlichen linearen Ausgang
gegenüber dem Abgas-Kraftstoff/Luft-Verhältnis
liefert) zum Steuern des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
während des mageren, fetten und stöchiometrischen
Betriebs verwendet werden. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung
(oder zusätzliche Luft mittels Drossel oder VCT) basierend
auf einem Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis und dem Kraftstoff/Luft-Verhältnis
vom Sensor verstellt. Des Weiteren könnte bei Bedarf eine
individuelle Steuerung des Zylinder-Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
verwendet werden. Abhängig von verschiedenen Faktoren können mit
den Einspritzenventilen 66a, 66b oder Kombinationen
derselben Verstellungen vorgenommen werden, um das Kraftstoff/Luft-Verhältnis
des Motors zu steuern.
-
Anzumerken
ist auch, dass zum Halten des Solldrehmoments verschiedene Verfahren
verwendet werden können, beispielsweise Anpassen der Zündsteuerzeiten,
Drosselstellung, der variablen Nockensteuerposition, Abgasrückführungsmenge
und Anzahl der diese Verbrennung ausführenden Zylinder.
Weiterhin können einige dieser Variablen für jeden
Zylinder einzeln angepasst werden, um unter all den Zylindern das
Zylindergleichgewicht zu halten. Zum Beispiel können Einlass-
und Auslassventilsteuerzeiten, Einlass- und Auslassventilhub, Zündsteuerzeiten,
Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten, die Anzahl an Kraftstoffeinspritzungen,
die relative Menge jeder Art von Kraftstoff oder anderen Substanz,
die in den Zylinder eingespritzt werden, und die absolute Menge jeder
Art von Kraftstoff oder anderen Substanz auf individueller Zylinderbasis
verstellt werden, um den von dem Zylinder erzeugten Drehmomentbetrag
zu verändern. Wie in 3 gezeigt
kann der Motor 10 mit verschiedenen Ladevorrichtungen verbunden sein,
beispielsweise einem Lader oder Turbolader. Bei einem aufgeladenen
Motor kann ein Solldrehmoment auch durch Anpassen von Ladedruckventil und/oder
Verdichter-Bypassventilen aufrechterhalten werden. Wie vorstehend
beschrieben zeigt 2 lediglich einen Zylinder eines
Mehrzylindermotors, und es versteht sich, dass jeder Zylinder seinen
eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzventilen,
Zündkerzen etc. hat.
-
3 zeigt
eine beispielhafte Ladevorrichtung, die mit dem Motor 10 verwendet
werden kann. In diesem bestimmten Beispiel wird der Motor 10 mit vier
Zylindern in Reihe gezeigt, es versteht sich aber, dass der Motor
jede geeignete Anzahl und/oder Konfiguration von Zylindern haben
kann. In diesem Beispiel ist eine Ladevorrichtung als Turbolader 319 vorgesehen.
Der Turbolader 319 umfasst eine mit dem Abgaskrümmer 48 gekoppelte
Turbine 319a und einen mit dem Ansaugkrümmer 44 gekoppelten
Kompressor 319b. Während 3 keinen
Ladeluftkühler zeigt, kann einer optional verwendet werden.
Die Turbine 319a ist typischerweise mittels einer Antriebswelle 315 mit
dem Kompressor 319b gekoppelt.
-
Es
können verschiedene Arten von Turbolader-Anordnungen verwendet
werden. Zum Beispiel kann ein Turbolader variabler Geometrie (VGT)
verwendet werden, bei dem die Geometrie der Turbine und/oder des
Kompressors während des Motorbetriebs durch das Steuersystem 12 verändert
werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Turbolader mit
veränderlicher Düse (VNT) verwendet werden, wenn
eine Düse veränderlicher Fläche stromaufwärts
und/oder stromabwärts der Turbine in der Auslassleitung
(und/oder stromaufwärts oder stromabwärts des
Kompressors in der Einlassleitung) zum Verändern der wirksamen
Expansion oder Kompression von Gasen durch den Turbolader platziert
wird. Zum Verändern der Expansion im Abgas können noch
weitere Strategien verwendet werden, beispielsweise ein Ladedruckregelventil. 3 zeigt
ein beispielhaftes Bypassventil 320 um die Turbine 319a und
ein beispielhaftes Bypassventil 322 um den Kompressor 319b,
wobei jedes Ventil mittels des Steuersystems 12 gesteuert
werden kann, um die Leistung des Turboladers zu ändern.
Wie vorstehend erwähnt, können die Ventile in
der Turbine oder dem Kompressor angeordnet sein oder können
eine veränderliche Düse sein.
-
Ferner
können bei Bedarf eine Twinturbolader-Anordnung und/oder
eine Reihen-Turbolader-Anordnung verwendet werden. Im Fall eines mehrfach
verstellbaren Turboladers und/oder Stufen kann es wünschenswert
sein, eine relative Expansionsmenge durch den Turbolader abhängig
von Betriebsbedingungen zu verändern (z. B. Krümmerdruck,
Luftdurchsatz, Motordrehzahl, etc.). Weiterhin kann bei Bedarf ein
mechanisch oder elektrisch betriebener Lader als Ladevorrichtung
für den Motor 10 verwendet werden.
-
4A und 4B zeigen
beispielhafte Kraftstoffanlagen für den Motor 10.
Insbesondere zeigt 4A eine Kraftstoffanlage, die
eine separate Pumpe (z. B. Kraftstoffpumpe) und einen Behälter
(z. B. Kraftstofftank) für jedes Einspritzventil umfasst. Ein
erster Behälter 410 kann so ausgelegt sein, dass er
eine erste Substanz hält, beispielsweise flüssigen Kraftstoff.
Eine Menge der ersten Substanz, die von dem Behälter 410 gespeichert
wird, kann durch das Steuersystem mittels eines Sensors 416 festgestellt werden.
Analog kann ein zweiter Behälter 420 dafür ausgelegt
sein, eine zweite Substanz zu halten, die sich von der ersten Substanz
unterscheidet. Eine Menge der zweiten Substanz, die von dem Behälter 420 gespeichert
wird, kann von dem Steuersystem mittels eines Sensors 426 festgestellt
werden. Die Sensoren 416 und 426 können
jeden geeigneten Sensor zum Feststellen einer Menge einer Substanz, die
in einem Behälter gespeichert ist, umfassen.
-
In
manchen Ausführungsformen kann das Steuersystem ohne Verwenden
eines Sensors die Menge einer Substanz schätzen, die in
mindestens einem der Behälter gespeichert ist. Bei dem
Behälter 420 kann zum Beispiel auf den Sensor 426 verzichtet werden,
wobei das Steuersystem die Menge der zweiten Substanz schätzt,
die in dem Behälter 426 gespeichert ist. Die Menge
einer in dem Behälter gespeicherten Substanz kann beruhend
auf einer Menge des ersten Kraftstoffs, die in dem Behälter
gespeichert ist und von dem Sensor 416 festgestellt wurde und
ferner beruhend auf früheren Einspritzstrategien, die von
dem Steuersystem ausgeführt wurden, geschätzt
werden.
-
Die
erste Substanz kann dem mindestens einen ersten Einspritzventil
des Motors durch eine erste Pumpe 412 mittels einer Leitung 414 zugeführt werden.
Analog kann eine zweite Substanz dem mindestens einen zweiten Einspritzventil
des Motors durch eine zweite Pumpe 422 mittels einer Leitung 424 zugeführt
werden. Zu beachten ist, dass in diesem bestimmten Beispiel die
erste Substanz (z. B. ein Alkohol wie Ethanol oder ein Ethanol/Benzin-Gemisch)
dem Motor mittels des Direkteinspritzventils 66a zugeführt
werden kann und die zweite Substanz (z. B. Benzin) dem Motor mittels
Kanaleinspritzventil 66b zugeführt werden kann.
Es versteht sich aber, dass das Einspritzventil 66b stattdessen
als Dieseleinspritzventil ausgelegt sein kann.
-
4B zeigt
dagegen eine Kraftstoffanlage, bei der dem Motor mittels eines gemeinsamen
Einspritzventils verschiedene Substanzen zugeführt werden
können. Zum Beispiel kann das Direkteinspritzventil 66a als
Reaktion auf die gewählte Stellung des Ventils 430 selektiv
zwei verschiedene Substanzen von den Behältern 410 und 420 aufnehmen. Als
nicht einschränkendes Beispiel kann das Ventil 430 ein
Proportionalventil umfassen, das von einem Aktor als Reaktion auf
ein Steuersignal von dem Steuersystem gesteuert wird. Somit kann
das Direkteinspritzventil 66a nur eine erste Substanz,
nur eine zweite Substanz oder sich ändernde Verhältnisse
der ersten und der zweiten Substanz aufnehmen und einspritzen. Ferner
kann in manchen Ausführungsformen eine Pumpe, beispielsweise
Pumpe 422, den mehreren Einspritzventilen eine Substanz
zuführen. Zum Beispiel kann wie von 4B gezeigt
die Pumpe 422 die zweite Substanz sowohl dem Direkteinspritzventil 66a mittels
Leitung 434 als auch dem Kanaleinspritzventil 66b mittels
Leitung 424 zuführen.
-
Während
die Pumpen 412 und 422 außerhalb ihrer
jeweiligen Behälter gezeigt werden, können in
einer alternativen Ausführungsform eine oder beide der
Pumpen in einem Behälter angeordnet sein. Ferner kann ein
zweite Hochdruck-Kraftstoffpumpe einer oder beiden der Kraftstoffleitungen stromabwärts
der jeweiligen Pumpen 412 und/oder 422 hinzugefügt
sein, die als Niederdruck-Pumpen ausgelegt sein können.
Weiterhin können ein oder beide der Kraftstoffanlagen rückführungslose
Kraftstoffanlagen oder Kombinationen derselben sein. Ferner können
in manchen Ausführungsformen die Kraftstoffanlagen für
jede Substanz unterschiedliche Eigenschaften haben, beispielsweise
Behälter unterschiedlicher Größe, Pumpen
unterschiedlicher Größe, unterschiedliche Pumpleistungen,
unterschiedliche Pumpdrücke, unterschiedliche maximale
Pumpenströme, unterschiedliche Ein/Aus-Zyklen (z. B. kann
Pumpe 412 intermittierender laufen als Pumpe 422)
etc. Wenn zum Beispiele eine Substanz aus dem Tank 410 nicht
erforderlich oder nicht aktiviert ist (z. B. während Kaltstartbedingungen),
kann die Pumpe 412 deaktiviert (oder nicht aktiviert) sein,
während die Pumpe 422 arbeitet. Auf diese Weise
kann weniger Batterieleistung verbraucht werden und es können
weniger Dämpfe erzeugt werden.
-
5 und 6 zeigen
beispielhafte Routinen, die zum Steuern des Betriebs des Motors 10 verwendet
werden können. Als nicht einschränkendes Beispiel
können die Routinen von 5 und 6 durch
das Steuersystem für jeden Zylinder des Motors mindestens
einmal pro Zyklus ausgeführt werden. Diese Routinen können
aber bei jeder geeigneten Frequenz ausgeführt werden. Zu
beachten ist, dass die Routinen von 5 und 6 unter
Bezug auf einen einzelnen Zylinder des Motors beschrieben werden,
wie zum Beispiel durch 2 gezeigt.
-
Unter
Bezug auf 5 kann das Steuersystem bei 510 die
Betriebsbedingungen des Motors oder des Motorsystems beurteilen.
Betriebsbedingungen, wie sie hierin beschrieben werden, können eines
oder mehrere von folgenden umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt:
Motordrehzahl, Motorlast, Motordrehmoment, dem Motor gelieferter
Ladedruck, Drosselstellung, Motortemperatur, Zündsteuerzeiten,
Einlass- oder Auslassventilsteuerzeiten, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Umgebungslufttemperatur, Umgebungsluftdruck, Getriebebedingungen
oder -zustände, Katalysatorbedingungen, Zusammensetzung
der Verbrennungsprodukte, die von dem Zylinder oder Motor erzeugt
werden, Kraftstoffeinspritzventilzustand, Kraftstoffeinspritzventiltemperatur,
Ruhezeitraum seit der letzten Einspritzung von Kraftstoff oder einer
anderen Substanz seitens jedes Einspritzventils, Menge an Kraftstoff
oder einer anderen Substanz, die von jedem Einspritzventil eingespritzt
wird, Menge von Kraftstoff oder einer anderen Substanz, die zur
Einspritzung zur Verfügung steht, Art von Kraftstoff oder
anderen Substanzen, die zur Einspritzung zur Verfügung
stehen und die Verbrennungsbetriebsart der Motorzylinder neben anderen
hierin beschriebenen erfassten Betriebsbedingungen.
-
Bei 512 kann
festgestellt werden, ob eine Substanz mittels eines ersten Einspritzventils
in den Zylinder eingespritzt werden sollte, um den Zylinder mit
Kraftstoff zu versorgen und/oder Klopfen als Reaktion auf die bei 510 beurteilten
Betriebsbedingungen zu unterdrücken. Zum Beispiel kann
das Steuersystem gespeicherte Werte, beispielsweise eine Lookup-Tabelle,
erlernte Werte und/oder eine zum Beispiel in 7 gezeigte
Lookup-Tabelle verwenden, um zu ermitteln, ob eine Substanz mittels
des ersten Einspritzventils eingespritzt werden sollte. Wenn zum
Beispiel das erste Einspritzventil so ausgelegt ist, dass es nur
eine erste Substanz einspritzt, kann das Steuersystem feststellen,
dass das erste Einspritzventil eine Substanz einspritzen soll, wenn dem
Zylinder eine erste Substanz zuzuführen ist. Wenn als weiteres
Beispiel das erste Einspritzventil dafür ausgelegt ist,
eine Substanz einzuspritzen, die auch von einem zweiten Einspritzventil
des Zylinders eingespritzt werden kann, kann das Steuersystem ermitteln,
ob es Vorteile beim Einspritzen der Substanz mittels des ersten
Einspritzventils statt des zweiten Einspritzventils gibt. Als nicht
einschränkendes Beispiel kann das erste Einspritzventil
dafür ausgelegt sein, mindestens Benzin einzuspritzen,
und dann als Kanaleinspritzventil oder Direkteinspritzventil ausgelegt
sein.
-
Wenn
die Antwort bei 512 Ja lautet, können bei 514 mindestens
eine Substanz und eine entsprechende Menge der Substanz gewählt
werden, wobei sie von dem ersten Einspritzventil bei 516 eingespritzt
wird. Das Steuersystem kann zum Beispiel eine aus einer ersten Substanz
und einer zweiten Substanz, die von dem ersten Einspritzventil einzuspritzen
ist, sowie eine entsprechende Menge der Substanz zur Einspritzung
wählen. Alternativ kann das Steuersystem sowohl die erste
als auch die zweite Substanz zum Einspritzen durch das erste Einspritzventil
wählen. Zu beachten ist, dass die Substanz bzw. die Substanzen,
die bei 514 gewählt werden, beliebige der verschiedenen
hierin beschriebenen Substanzen umfassen können, einschließlich Benzin,
Ethanol, Methanol etc.
-
Das
Steuersystem kann beruhend auf den bei 510 festgestellten
Betriebsbedingungen feststellen, ob dem Zylinder Kraftstoff zu liefern
ist und/oder ob dem Zylinder durch das erste Einspritzventil eine Klopfen
unterdrückende Substanz zu liefern ist. Wenn der Zylinder
mittels des ersten Einspritzventils mit Kraftstoff zu versorgen
ist, kann eine Substanz zur Versorgung des Zylinders mit Kraftstoff
gewählt werden. Wenn dem Zylinder mittels des ersten Einspritzventils
eine Klopfen unterdrückende Substanz zusätzlich
zu oder als Alternative zu dem Kraftstoff zu liefern ist, kann eine
Klopfen unterdrückende Substanz, beispielsweise Ethanol,
gewählt werden. Wenn das erste Einspritzventil dafür
ausgelegt ist, nur eine einzige Substanz einzuspritzen, wie zu Beispiel
in 4A gezeigt, kann auf den Betrieb bei 514 verzichtet
werden.
-
Die
einzuspritzende Menge der Substanz kann als Reaktion auf die gespeicherten
oder erlernten Werte des Steuersystems beruhend auf den bei 510 beurteilten
Betriebsbedingungen gewählt werden. Ferner kann die eingespritzte
Menge der Substanz als Reaktion auf die von dem anderen Einspritzventil
des Zylinders ausgeführte Einspritzung angepasst werden.
Wenn zum Beispiel das zweite Einspritzventil eine Einspritzung von
Benzin ausführt, kann die Menge der Klopfen unterdrückenden
Substanz, die von dem ersten Einspritzventil eingespritzt wird,
entsprechend angepasst werden, um das erwünschte Kraftstoff/Luft-Verhältnis,
Wärmegehalt der Füllung und/oder Klopfunterdrückung
zu erreichen. Als weiteres Beispiel, bei dem das zweite Einspritzventil
während des Zyklus untätig ist oder bei dem das
zweiten Einspritzventil eine Einspritzventilspülung ausführt,
kann die Menge der von dem ersten Einspritzventil eingespritzten
Substanz entsprechend verändert werden. Auf diese Weise
kann die von einem Einspritzventil gelieferte Menge einer Substanz als
Reaktion darauf angepasst werden, ob das andere Einspritzventil
des Zylinders gespült wird oder untätig ist.
-
Wenn
alternativ die Antwort bei 512 Nein lautet, kann die Routine
zu 518 vorrücken. Bei 518 kann festgestellt
werden, ob das erste Einspritzventil zu spülen ist, wie
unter Bezug auf 6 näher beschrieben
wird. Wenn die Antwort bei 518 Ja lautet können mindestens
eine Spülsubstanz und eine einzuspritzende Menge der Spülsubstanz
bei 520 gewählt werden, wobei sie bei 522 zum
Spülen des ersten Einspritzventils eingespitzt werden kann.
-
Wie
hierin beschrieben kann eine Spülsubstanz durch das erste
Einspritzventil als Reaktion auf Betriebsbedingungen eingespritzt
werden, um eine Einspritzventilverschmutzung zu mindern, die sich aus
der Ablagerung von Verbrennungsprodukten an dem Einspritzventil
und/oder übermäßigen Einspritzventiltemperaturen
ergeben kann, die zu thermischer Degradation des Einspritzventils
führen könnten. In manchen Beispielen können
Verschmutzung und/oder thermische Verschlechterung zu missgestalteten
Sprühmustern, Fehler bei der Einspritzmenge oder Einspritzsteuerzeit
oder einem vollständigen Ausfall des Einspritzventils führen.
Spülsubstanzen können als Flüssigkeit,
Gas oder verschiedene Mischungen derselben vorgesehen werden. Ferner können
Spülsubstanzen mit sich ändernden Zusammensetzungen
mittels eines einzigen Einspritzventils zugeführt werden,
wie unter Bezug auf 4B und 9F beschrieben
wird.
-
Während
mancher Bedingungen kann Einspritzventilverschmutzung und/oder thermische
Degradation durch Spülen des Einspritzventils vor dem Ausführen
einer wesentlichen Einspritzung oder in regelmäßiger
Weise reduziert werden, wodurch eine präzisere Einspritzung
für die Zwecke der Kraftstoffversorgung des Zylinders und/oder
Unterdrücken von Klopfen sichergestellt wird. Durch regelmäßiges Betreiben
des Einspritzventils, um eine Einspritzung einer Spülsubstanz
auszuführen, wobei das Einspritzventil ansonsten untätig
wäre, kann die Einspritzventiltemperatur gesenkt und/oder
abgeschiedenes Material entfernt werden, wodurch die Einspritzventilzuverlässigkeit
verbessert wird. Das Einspritzventil kann mit Hilfe verschiedener
Spülstrategien gespült werden, zum Beispiel wie
unter Bezug auf 9 beschrieben. Als
nicht einschränkendes Beispiel kann das erste Einspritzventil
so gesteuert werden, dass es regelmäßig eine relativ
kleine Menge einer Spülsubstanz während Bedingungen
einspritzt, bei denen Klopfunterdrückung und/oder Kraftstoffversorgung
mittels des ersten Einspritzventils nicht erforderlich ist und andernfalls
untätig wäre. Eine weitere Beschreibung der verschiedenen
Spülstrategien, die verwendet werden können, wird
hierin unter Bezug auf 6 vorgesehen.
-
Wenn
die Antwort alternativ bei 518 Nein lautet (d. h. das Einspritzventil
wird nicht gespült) oder von 516 oder 522,
kann die Routine zu 524 vorrücken. Die unter Bezug
auf 524–534 ausgeführten Schritte
für das zweite Einspritzventil können den Schritten
von 512–522, die unter Bezug auf das
erste Einspritzventil beschrieben wurden, ähnlich sein.
Zu beachten ist, dass das zweite Einspritzventil als Kanaleinspritzventil
oder Direkteinspritzventil ausgelegt sein kann und zum Einspritzen
der gleichen oder einer anderen Substanz als beim ersten Einspritzventil ausgelegt
ist.
-
Bei 524 kann
festgestellt werden, ob mittels des zweiten Einspritzventils mindestens
eine Substanz zum Versorgen des Zylinders mit Kraftstoff und/oder
zum Unterdrücken von Klopfen einzuspritzen ist. Wenn die
Antwort bei 524 Ja lautet, kann die Substanz und/oder die
Menge der Substanz bei 526 gewählt werden, wobei
die Einspritzung der gewählten Substanz durch das zweite
Einspritzventil bei 528 ausgeführt wird. Wenn
die Antwort bei 524 alternativ Nein lautet, kann bei 530 festgestellt
werden, ob das zweite Einspritzventil zu spülen ist. Wenn
die Antwort bei 530 ja lautet, kann bei 532 mindestens
eine Spülsubstanz und/oder die Menge der Spülsubstanz
gewählt werden, wobei sie mittels des zweiten Einspritzventils
bei 534 eingespritzt werden kann. Schließlich
kann die Routine zurückkehren.
-
Als
nicht einschränkendes Beispiel wird ein Szenario vorgesehen,
um die Vorgehensweise von 5 weiter
möglich zu machen. In diesem beispielhaften Szenario kann
das erste Einspritzventil als Kanaleinspritzventil zum Einspritzen
eines Kraftstoffs wie Benzin ausgelegt sein und das zweite Einspritzventil
kann als Direkteinspritzventil zum Einspritzen einer Klopfen unterdrückenden
Substanz wie Ethanol ausgelegt sein. Während des Betriebs
bei niedrigeren Motorlasten und/oder -drehzahlen können
die relativen Mengen an Benzin und Ethanol, die dem Zylinder zugeführt
werden, geringer als während höherer Motorlasten
und/oder -drehzahlen sein, wodurch die Direkteinspritzung von Ethanol
angehoben wird, um eine größere Klopfunterdrückung
vorzusehen.
-
Während
mancher Vorgänge mit niedrigerer Motorlast und/oder -drehzahl
kann die Einspritzung von Ethanol als klopfunterdrückende
Substanz zeitweilig ausgesetzt werden, wodurch der Ethanolverbrauch
durch den Motor verringert wird. Wenn die Einspritzung von Ethanol
durch das Direkteinspritzventil zum Zwecke der Klopfunterdrückung
ausgesetzt wird, kann das Einspritzventil untätig sein.
Während dieses Ruhezeitraums kann die Temperatur des Einspritzventils
aufgrund der Verringerung der Einspritzventilkühlung, die
durch das eingespritzte Ethanol vorgesehen wird, steigen. Ferner
kann die Menge an Verbrennungsprodukten, die an dem Einspritzventil
abgelagert werden, zunehmen, was möglicherweise das Einspritzventil
verschmutzt. Somit kann das Direkteinspritzventil während
dieser niedrigen Lastbedingung regelmäßig gespült
werden, um die Einspritzventiltemperatur zu senken und/oder das abgelagerte
Material zu beseitigen. Die Spülsubstanz kann das Ethanol
umfassen, oder wenn das Direkteinspritzventil zum Einspritzen anderer
Substanzen wie Benzin ausgelegt ist, kann das Direkteinspritzventil
Benzin als Spülsubstanz verwenden, um Ethanolverbrauch
zu senken.
-
Analog
kann bei höheren Motorlasen, bei denen die dem Zylinder
gelieferte Ethanolmenge gegenüber der Benzinmenge erhöht
ist, die Einspritzung von Benzin zeitweilig ausgesetzt werden Wenn das
Einspritzventil für das Einspritzen von Benzin ein Direkteinspritzventil
ist, kann es während dieses Ruhezeitraums des Benzineinspritzventils
zu Verschmutzung und/oder thermischer Degradation des Einspritzventils
kommen. Wenn analog das Benzineinspritzventil ein Kanaleinspritzventil
ist, können thermische Degradation und Einspritzventilverschmutzung
auftreten, wenn das Einspritzventil über einen ausreichenden
Zeitraum inaktiv ist. Somit kann während höherer
Lasten, bei denen die Benzineinspritzung zeitweilig eingestellt
wird, das Benzineinspritzventil durch regelmäßiges
Einspritzen einer Spülsubstanz gespült werden.
Zu beachten ist, dass die Spülsubstanz das Benzin oder
eine andere Substanz umfassen kann.
-
6 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Routine darstellt, die von dem Steuersystem
zum Feststellen ausgeführt wird, ob ein Spülen
eines Einspritzventils zum Mindern der Wirkungen von Einspritzventilverschmutzung
und/oder thermischer Degradation, die bei inaktivem Einspritzventil
auftreten kann, durchzuführen ist. Bei 610 kann
festgestellt werden, ob die Temperatur des Einspritzventils direkt gemessen
wird. Wenn zum Beispiel das Steuersystem die Einspritzventiltemperatur
direkt messen kann oder die Einspritzventiltemperatur mit angemessener Präzision
folgern kann, kann als Antwort bei 610 ein Ja festgestellt
werden. Wenn die Antwort bei 610 Ja ist, kann bei 612 festgestellt
werden, ob die gemessene Einspritzventiltemperatur kleiner als ein
Temperaturgrenzwert für das Einspritzventil ist. Der Temperaturgrenzwert
kann in einem Speicher des Steuersystems gespeichert werden und
kann mit einer Auslegungstemperatur des Einspritzventils in Beziehung stehen
oder kann so gewählt sein, dass thermische Degradation
des Einspritzventils reduziert und/oder beseitigt wird. Wenn die
Antwort bei 612 Ja lautet (d. h. die Einspritzventiltemperatur
liegt unter dem Temperaturgrenzwert) oder wenn die Antwort bei 610 Nein
lautet (d. h. die Temperatur des Einspritzventils wird nicht direkt
gemessen), kann die Routine zu 614 vorrücken.
Wenn alternativ die Antwort bei 612 Nein lautet, kann die
Routine direkt zu 622 vorrücken.
-
Bei 614 kann
ein Ruhezeitraum für das Einspritzventil ermittelt werden.
Wie hierin beschrieben kann sich der Einspritzventil-Ruhezeitraum
auf einen Zeitwert beziehen, der Zeit, Anzahl von Zyklen, Anzahl
von Verbrennungsvorgängen, etc. umfasst, die seit einer
vorherigen Einspritzung verstrichen sind. Zu beachten ist, dass
die vorherige Einspritzung einen Einspritzung für Kraftstoff
zum Zylinder, eine Einspritzung eines klopfunterdrückenden
Fluids oder eine Spülung des Einspritzventils umfassen
kann.
-
Bei 616 werden
Betriebsbedingungen für zumindest den bei 615 festgestellten
Ruhezeitraum beurteilt. Als nicht einschränkendes Beispiel
kann das Steuersystem eine oder mehrere der verschiedenen Betriebsbedingungen,
die unter Bezug auf 510 beschrieben werden, beurteilen.
-
Bei 618 kann
ein Spülgrenzwert beruhend auf den Betriebsbedingungen
und dem bei 614 und 616 festgestellten Ruhezeitraum
festgestellt werden. Zum Beispiel kann das Steuersystem, das den
Spülgrenzwert für die Betriebsbedingungen feststellt,
denen das Einspritzventil über den Ruhezeitraum ausgesetzt
war, feststellen. In manchen Ausführungsformen kann das
Steuersystem in einem Speicher, beispielsweise einer Lookup-Tabelle
gespeicherte Werte, erlernte Werte oder ein Kennfeld, wofür
in 8 ein Beispiel gezeigt ist, heranziehen. Zu beachten
ist, dass der Spülgrenzwert zum Beispiel auf einem Schwellenruhezeitraum
für das Einspritzventil, einer Schwellentemperatur des
Einspritzventils, einer Schwellenmenge von im Zylinder verbranntem
Kraftstoff im Ruhezeitraum beruhen kann oder diesen umfassen kann.
-
Bei 620 kann
festgestellt werden, ob der Spülgrenzwert erreicht oder überschritten
wurde. Wenn zum Beispiel der Spülgrenzwert einen maximalen
Ruhezeitraum für das Einspritzventil umfasst, kann festgestellt
werden, dass der Spülgrenzwert erreicht wurde, wenn der
Ruhezeitraum den maximalen Ruhezeitraum für das Einspritzventil
erreicht oder überschreitet. Als weiteres Beispiel, bei
dem der Spülgrenzwert eine maximale Temperatur des Einspritzventils
umfasst, kann festgestellt werden, dass der Spülgrenzwert
erreicht wurde, wenn die Einspritzventiltemperatur, ob gemessen,
gefolgert oder geschätzt, die maximale Temperatur erreicht
oder überschreitet. Als noch weiteres Beispiel, bei dem der
Spülgrenzwert eine Kraftstoffmenge umfasst, die von dem
das Einspritzventil umfassenden Zylinder verbrannt wird, kann festgestellt
werden, dass der Spülgrenzwert erreicht wurde, wenn der
von dem Zylinder verbrannte Kraftstoff die Schwellenmenge an Kraftstoff
erreicht oder überschreitet.
-
Wenn
die Antwort bei 620 nein lautet, kann die Routine zu 610 zurückkehren.
Wenn alternativ die Antwort bei 620 Ja lautet oder wenn
die Antwort bei 612 Nein lautet, kann bei 622 eine
Menge und/oder eine Art von Spülsubstanz, die dem Einspritzventil zur
Verfügung steht, festgestellt werden. Zum Beispiel kann
das Steuersystem feststellen, ob das Einspritzventil ein, zwei oder
mehr Substanzen einspritzen kann, und kann die entsprechende Verfügbarkeit der
Substanzen feststellen. Wie in 4B gezeigt kann
ein Einspritzventil zum Einspritzen von zwei oder mehr Substanzen
ausgelegt sein. Wenn aber das Einspritzventil zum Einspritzen von
nur einer Art von Substanz ausgelegt ist, kann auf den Schritt bei 622
verzichtet werden.
-
Bei 624 kann
eine Spülstrategie beruhend auf der Menge und Art von Spülsubstanzen,
die dem Einspritzventil zur Verfügung stehen, neben anderen Betriebsbedingungen
gewählt werden. Das bei 624 gewählte
Spülen kann eine Wahl einer Spülsubstanz, einer
Menge der einzuspritzenden Spülsubstanz, einer Steuerzeit
für die Einspritzung der Spülsubstanz und einer
Häufigkeit, bei der die Einspritzung über einen
oder mehrere Zyklen auszuführen ist, umfassen. Beispiele
für einige Spülstrategien werden unter Bezug auf 9 näher beschrieben.
-
Es
versteht sich, dass bei jedem der hierin beschriebenen Spülbeispiele
die zum Spülen des Einspritzventils verwendete Menge an
Spülsubstanz wesentlich geringer als eine typische Einspritzung sein
kann, die zur Kraftstoffversorgung des Zylinders oder zum Vorsehen
von Klopfunterdrückung verwendet wird. Auf diese Weise
ist sparsamer Umgang mit der Spülsubstanz möglich.
Die Menge der Spülsubstanz kann aber während anderer
Bedingungen gleich oder größer als typische Einspritzungen
sein, die zur Kraftstoffzufuhr oder Klopfunterdrückung
verwendet werden. Somit kann die Menge der Spülsubstanz
beruhend auf dem geschätzten oder gemessenen Zustand des
Einspritzventils und der Sollreduzierung der Verschmutzung oder
Temperatur des Einspritzventils gewählt werden.
-
Zum
Beispiel kann das Steuersystem eine Spülstrategie wählen,
die eine Spülsubstanz nutzt, die die größte
relative Verfügbarkeit aufweist. Die relative Verfügbarkeit
zwischen zwei Spülsubstanzen kann beruhend auf der relativen
Menge jeder Substanz, die in ihrem jeweiligen Speichertank gespeichert
ist, festgestellt werden. Wenn zum Beispiel eine größere
Menge einer ersten Substanz als einer zweiten Substanz vorliegt,
kann die erste Substanz als Spülsubstanz gewählt
werden.
-
In
manchen Ausführungsformen kann aber die Menge jeder Substanz
beruhend auf der Einspritzstrategie der beiden Substanzen angepasst werden.
Wenn zum Beispiel eine Einspritzstrategie angewendet wird, wie sie
zum Beispiel unter Bezug auf 5 und 7 beschrieben
wird, wodurch eine erste Substanz wie Benzin in größerem
Anteil als eine zweite Substanz wie Ethanol eingespritzt werden
kann, kann die gespeicherte Menge jeder Substanz als Reaktion auf
die relative Menge jeder Substanz, die über einen Betriebszyklus
des Motors einspritzt wird, angepasst werden. Zum Beispiel kann das
Steuersystem erlernte Werte oder gespeicherte Werte nutzen, um mittlere
Verwendungsraten der beiden Substanzen festzustellen und die gespeicherte
Menge jeder Substanz entsprechend anzupassen. Das Steuersystem kann
mit anderen Worten eine erste Substanz als Spülsubstanz
gegenüber einer zweiten Substanz wählen, selbst
wenn eine Menge der zweiten Substanz vorliegt, die größer
als die er ersten Substanz ist, wenn die zweite Substanz im Allgemeine
in größerem Anteil als die erste Substanz verwendet
wird. Auf diese Weise kann die Substanz mit der größten
Verfügbarkeit als die Spülsubstanz verwendet werden,
wodurch der Wirkungsgrad und die Reichweite des Fahrzeugs vergrößert
werden.
-
In
manchen Ausführungsformen kann eine Spülstrategie
gewählt werden, die eine Mischung aus zwei oder mehr Substanzen
nutzt. Bei 626 kann die gewählte Spülstrategie
wie durch die Routine von 5 angeordnet
ausgeführt werden. Schließlich kann die Routine
zurückkehren. Zu beachten ist, dass die in 6 gezeigte
Routine für einige oder alle der Einspritzventile des Motors
bei einer Häufigkeit von mindestens einmal pro Zyklus ausgeführt werden
kann, wenngleich die Routine in manchen Beispielen mehr oder weniger
häufig ausgeführt werden kann.
-
7 und 8 sind
Kurvenblätter, die beispielhafte Steuerkennfelder darstellen,
die in dem Speicher des Steuersystems zum Steuern des Betriebs von
Motor 10 gespeichert werden können. Insbesondere
zeigt 7, wie eine relative Menge an Ethanol und Benzin,
die dem Motor geliefert werden, als Reaktion auf Betriebsbedingungen,
beispielsweise Motorleistung, verändert werden können.
Die Motorleistung kann sich auf Motorlast, -drehzahl, -drehmoment
etc. beziehen. Ferner versteht sich, dass die Motorleistung mit
einem Ladedruckwert, der dem Motor von einer Ladevorrichtung geliefert
wird, positiv korreliert sein kann.
-
Wie
von 7 gezeigt kann die Direkteinspritzung von Ethanol
oder einer anderen klopfunterdrückenden Substanz bei einer
Schwellenmotorleistung ausgelöst werden, bei der sie im
Verhältnis zu einer Benzinmenge, die dem Motor geliefert
wird, mit einem weiteren Anstieg der Leistung angehoben werden kann.
Durch Verwenden der klopfunterdrückenden Substanz erst
nach Erreichen einer Schwellenmotorleistung kann die von dem Motor
verbrauchte Menge an klopfunterdrückender Substanz verringert
werden, insbesondere bei Bedingungen niedrigerer Motorleistung.
Ein längerer Betrieb unter der Schwellenmotorleistung zur
Verwendung des klopfunterdrückenden Fluids kann aber die
Wahrscheinlichkeit von Einspritzventilverschmutzung und/oder thermische
Degradation ohne Verwendung eines regelmäßigen
Spülens des Einspritzventils erhöhen. Analog kann
während höherer Motorleistungen eine Benzineinspritzung
zeitweilig ausgesetzt werden, bei der ein Spülen des Benzineinspritzventils
ausgeführt werden kann. Somit kann eine Synergie zwischen der
regelmäßigen Verwendung von Klopfunterdrückung
und Einspritzventilspülen erreicht werden, wobei sie selektiv
in komplementärer Weise verwendet werden, wie hierin beschrieben
wird.
-
7 zeigt,
wie der Motor in einer dieser beiden Betriebsarten betrieben werden
kann. Der Spülmodus, bei dem eine Spülsubstanz
von dem Einspritzventil selektiv eingespritzt werden kann, um Verschmutzung
und/oder thermische Degradation zu verringern, kann bei niedrigeren
Motorleistungen ausgeführt werden, und ein Klopfunterdrückungsmodus,
bei dem eine klopfunterdrückende Substanz (z. B. Ethanol)
genutzt werden kann, um Klopfen zu verringern, bei höheren
Leistung. Somit können während des Klopfunterdrückungsmodus
beide Einspritzventile verwendet werden. Zu beachten ist, dass zwar
die von 7 gezeigte Kurve eine positive
Korrelation zwischen Motorleistung und dem Verhältnis von
Ethanol zu Benzin anzeigt, das dem Motor geliefert wird, es sich
aber versteht, dass andere Kennfelder verwendet werden können,
die andere Korrelationen anzeigen.
-
8 zeigt,
wie sich ein Spülgrenzwert für das Spülen
eines Einspritzventils mit den durch das Steuersystem festgestellten
Betriebsbedingungen und einem Ruhezeitraum seit einer vorherigen
Einspritzung ändern kann. Die horizontale Achse der Kurve
zeigt einen Ruhezeitraum seit einer vorherigen Einspritzung durch
das Einspritzventil (z. B. der aktuelle Ruhezeitraum des durch 6 gezeigten
Spülmodus 612). Zu beachten ist, dass eine Einspritzung ein
Spülen oder eine Einspritzung für die Zwecke der Klopfunterdrückung
oder Kraftstoffzufuhr zum Zylinder umfassen kann. Die vertikale
Achse der Kurve zeigt als prophetisches Beispiel die an dem Einspritzventil
abgelagerte Menge an Material oder eine Temperatur des Einspritzventils
für eine vorgegebene Reihe von Betriebsbedingungen. Eine
unterschiedliche Reihen von Betriebsbedingungen darstellende Familie
von Kurven wird bei 810, 820 und 830 gezeigt.
Bei jeder Reihe von Betriebsbedingungen kann bei Zunahme des Ruhezustands
seit einer vorherigen Einspritzung die an dem Einspritzventil abgelagerte
Menge an Material oder alternativ die Temperatur des Einspritzventils
bei unterschiedlichen Raten abhängig von den jeweiligen
Betriebsbedingungen des Motors ansteigen (oder möglicherweise
sinken), wie zum Beispiel durch 810, 820 oder 830 gezeigt wird.
-
Wenn
der Ruhezeitraum seit einer vorherigen Einspritzung größer
wird, kann die Menge abgelagerten Materials oder die Temperatur
des Einspritzventils zunehmen, wie durch eine der Kurven 810, 820 oder 830 gezeigt
wird, bis ein Wert erreicht wird, nach dem eine Verschmutzung des
Einspritzventils auftreten kann oder das Potential für
Verschmutzung signifikant ansteigen kann. Analog kann die Temperatur
des Einspritzventils mit den Betriebsbedingungen schwanken, bis
ein Temperaturgrenzwert erreicht wird, bei dem thermische Degradation
des Einspritzventils auftreten kann oder das Potential für thermische
Degradation des Einspritzventils signifikant ansteigen kann. Für
jede Reihe von Betriebsbedingungen kann ein Spülgrenzwert
festgestellt werden Für eine erste Reihe von Betriebsbedingungen, die
durch 810 angezeigt werden, kann zum Beispiel der Spülgrenzwert
bei 812 festgestellt werden. Auf diese Weise kann das Einspritzventil
bei dem Ruhzeitraum gespült werden, der durch den Spülgrenzwert
bei 812 angezeigt wird, der auch dem Ablagerungswert entsprechen
kann, bei dem das Auftreten einer Verschmutzung und/oder einer thermischen Degradation
einsetzt. Analog kann für eine zweite Reihe von Betriebsbedingungen,
die sich von der ersten Reihe unterscheidet, wie zum Beispiel bei 820 oder 830 gezeigt,
bei 822 bzw. 823 ein Spülgrenzwert festgestellt
werden. Somit kann wie durch 8 veranschaulicht
der Spülgrenzwert beruhend auf Betriebsbedingungen schwanken,
wodurch der Spülgrenzwert mit einem bestimmten Ruhezeitraum
seit einer vorherigen Einspritzung durch das Einspritzventil korreliert
werden kann. Auf diese Weise kann das Steuersystem einen Ruhezeitraum
feststellen, bei dem das Einspritzventil gespült werden
kann, um eine Verschmutzung und/oder thermische Verschlechterung
des Einspritzventils zu verringern.
-
In
manchen Ausführungsformen kann der Spülgrenzwert
basierend auf einer Gewichtung von Betriebsbedingungen bei einem
bestimmten Ruhezeitraum festgelegt werden. Während eines
bestimmten Zeitraums können zum Beispiel die Betriebsbedingungen
zum Gewichten des Ruhezeitraums, bei dem das Spülen auszuführen
ist, gemäß rpm, Last, Drehmoment, Menge und/oder
Art von verbranntem Kraftstoff, Kraftstoff/Luft-Verhältnis, Motortemperatur
etc. neben anderen Betriebsbedingungen verwendet werden. Als weiteres
Beispiel kann bei Zunahme einer Menge an Kraftstoff, die von dem
Motor verbrannt wird, der Spülgrenzwert für das Spülen
eines inaktiven Einspritzventils sinken, wodurch der Ruhezeitraum
verringert wird, bei dem der Spülgrenzwert überschritten
wird, was zu häufigerem Spülen des Einspritzventils
führt. Ferner kann die Zusammensetzung der vom Zylinder
erzeugten Verbrennungsprodukte (wie z. B. von einem Abgassensor
erfasst) berücksichtigt werden, was eine Schätzung
oder Messung einer Rußmenge, die während Verbrennung
erzeugt wird, einen Zustand des Einspritzventils einschließlich
Einspritzventiltemperatur oder eine Schätzung von Einspritzventilverschmutzung
und/oder thermische Degradation umfassen kann. Auf diese Weise kann
die Menge einer Spülsubstanz, die zum Spülen eines
Einspritzventils verwendet wird, verringert werden, während
gleichzeitig eine Verschmutzung und/oder thermische Degradation
des Einspritzventils durch Berücksichtigen, wie sich die
Betriebsbedingungen während des Ruhezeitraums seit einer
vorherigen Einspritzung ändern, und durch entsprechendes
Wählen eines Spülgrenzwerts verringert wird.
-
9A–9F veranschaulichen
spezifische Beispiele von Einspritzstrategien, die von dem Steuersystem
ausgeführt werden können. In jeder von 9A–9F wird
die Menge jeder Substanz, die in einen Zylinder des Motors eingespritzt
wird, unter Bezug auf die vertikale Achse der Kurve beschrieben,
während eine zeitliche Darstellung mehrerer Zylinderzyklen
an der horizontalen Achse gezeigt wird. Zu beachten ist, dass die
Steuerzeiten der Einspritzungen in einem bestimmten Zyklus schematisch vorgesehen
werden und nicht unbedingt die tatsächlichen Einspritzsteuerzeiten
widergeben, die verwendet werden können. Des Weiteren versteht
sich, dass die unter Bezug auf 9A–9F beschriebenen Beispiele
spezifische Beispiele sind und dass der erste Kraftstoff, der zweite
Kraftstoff und die Spülsubstanz eine beliebige der verschiedenen
hierin beschriebenen Substanzen umfassen können.
-
Unter
Bezug auf 9A wird eine Einspritzstrategie
gezeigt, bei der eine Benzineinspritzung mittels eines zweiten Einspritzventils
ausgeführt wird, wie durch „Benzin (2)" gezeigt
wird. Bei einer ersten Anzahl von Zyklen kann auch eine Ethanoleinspritzung
zusätzlich zu Benzin als klopfunterdrückende Substanz
verwendet werden, wie durch „Ethanol (1)" gezeigt wird.
Zu beachten ist, dass das erste Einspritzventil bei diesen Beispielen
als Direkteinspritzventil ausgelegt sein kann und das zweite Einspritzventil
als Kanaleinspritzventil oder alternativ als zweites Direkteinspritzventil
ausgelegt sein kann. Die relative Menge an Ethanol und Benzin, die
dem Zylinder während des Klopfunterdrückungsmodus
geliefert werden, könne durch das in 7 zum
Beispiel gezeigte Kennfeld angeordnet werden. Es können aber
andere geeignete Steuerstrategien zum Verändern der relativen
Mengen eines ersten und zweiten Kraftstoffs, die dem Motor als Reaktion
auf Betriebsbedingungen zugeführt werden, genutzt werden.
-
Nach
der Einspritzung von Ethanol als klopfunterdrückende Substanz über
mehrere Zyklen kann die Menge der Ethanoleinspritzung zum Beispiel
bei einer Änderung von Betriebsbedingungen verringert werden.
Wie durch 9A gezeigt kann von dem ersten
Einspritzventil eine verhältnismäßig
kleinere Ethanoleinspritzung weiter ausgeführt werden,
um das erste Einspritzventil ständig zu spülen,
so dass keine Verschmutzung oder hinreichend hohe Einspritzventiltemperaturbedingungen
auftreten bzw. diese verringert werden. Zum Beispiel kann die Menge
der Spülsubstanz, die ständig (z. B. mindestens einmal
pro Zyklus) oder intermittierend von dem Einspritzventil eingespritzt
wird, als Reaktion auf Betriebsbedingungen des Motors seit der vorherigen Einspritzung
verändert werden, wie zum Beispiel unter Bezug auf 6 beschrieben
wird. Nach mehreren Zyklen, bei denen ein Spülen ausgeführt
wird, kann als Reaktion auf Betriebsbedingungen des Motors zum Verringern
von Klopfen eine erhebliche Ethanoleinspritzung wieder eingeleitet
werden.
-
9B zeigt
dagegen eine Einspritzstrategie, bei der das erste Einspritzventil
durch Einspritzen einer Spülsubstanz wie Ethanol intermittierend gespült
wird. Wie durch 9B gezeigt wird die Ethanoleinspritzung
intermittierend bei einer Häufigkeit von jedem zweiten
Zyklus genutzt, um eine Verschmutzung und/oder thermische Degradation
des ersten Einspritzventils zu verringern. Zu beachten ist, dass
die Menge des dem Zylinder gelieferten Benzins während
der Zyklen angepasst werden kann, bei denen Spülen als
Reaktion auf eine Menge der Spülsubstanz ausgeführt
wird, die eingespritzt wird, um eine Änderung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
oder des Wärmegehalts der Füllung, die auftreten
können, auszugleichen, wie zum Beispiel durch 9E gezeigt
wird Es versteht sich, dass zwar ein durch 9B gezeigter
Spülzyklus bei einer Häufigkeit von jedem zweiten
Zyklus ausgeführt werden kann, aber intermittierendes Spülen
des Einspritzventils beruhend auf Betriebsbedingungen mehr oder
weniger häufig ausgeführt werden kann. 9C zeigt
zum Beispiel ein Beispiel, bei dem das erste Einspritzventil weniger
häufig als bei der Spülstrategie von 9B gespült
wird. Die Häufigkeit, bei der ein Spülen ausgeführt
wird, um Einspritzventilverschmutzung und/oder thermische Degradation
zu verringern, kann von dem Steuersystem durch Heranziehen einer
Lookup-Tabelle oder eines Kennfelds, die im Speicher gespeichert
sind, festgestellt werden, wie zum Beispiel in 8B veranschaulicht
wird.
-
9D zeigt
eine noch andere Einspritzstrategie, die ausgeführt werden
kann, bei der Ethanol als Spülsubstanz bei einer Reihe
von Zyklen vor dem Eintreten in einen Klopfunterdrückungsmodus
zum Beispiel als Reaktion auf einen geforderten Anstieg der Motorleistung
einspritzt wird. Das Spülen des Einspritzventils kann bei
einer beliebigen Anzahl von Zyklen vor Verwenden des Einspritzventils
zum Vorsehen von Klopfunterdrückung mit oder ohne geeignete
Anpassung an die Menge der zweiten Substanz (z. B. Benzin), die
dem Zylinder zugeführt wird, ausgeführt werden.
Durch Nutzen von Spülen kurz vor dem Betrieb des Einspritzventils,
das zur Klopfunterdrückung verwendet wird, kann die Menge
der Spülsubstanz, die zum Verringern von Verschmutzung und/oder
thermischer Degradation verwendet wird, verringert werden, während
auch sichergestellt wird, dass das Einspritzventil auf Befehl zum
Ausführen einer erheblichen Einspritzung einer klopfunterdrückenden
Substanz vorbereitet ist.
-
9E zeigt
ein Beispiel ähnlich 9B, bei dem
die Menge des dem Zylinder gelieferten Benzins als Reaktion darauf,
ob eine intermittierende Spülung ausgeführt wird,
und auf die Menge und/oder Art der verwendeten Spülsubstanz
angepasst wird. In diesem Beispiel kann die Benzinmenge, die dem
Zylinder während eines Zyklus zugeführt wird,
bei dem das Spülen des Einspritzventils ausgeführt
wird, angepasst (z. B. verringert) werden, um eine Änderung des
Kraftstoff/Luft-Verhältnisses oder der Leistung des Zylinders
auszugleichen, zu der es andernfalls kommen würde. Somit
wird in diesem bestimmten Beispiel die in den Zylinder eingespritzte
Benzinmenge während eines Zyklus verringert, bei dem Ethanol als
Spülsubstanz verwendet wird, sie kann aber in andere Beispielen
erhöht werden. Wenn zum Beispiel Wasser als Spülsubstanz
verwendet wird, kann die dem Zylinder während eines Zyklus,
bei dem ein Spülen ausgeführt wird, gelieferte
Benzinmenge erhöht werden. Zu beachten ist, dass die Anpassungsmenge
bzw. der Abgleich des eingespritzten Kraftstoffs auf dem Wärmegehalt
der Spülsubstanz und/oder dem Sauerstoffgehalt der Spülsubstanz
beruhen, um Schwankungen der Drehmomentabgabe und/oder der Abgasemissionen
des Motors zu verringern.
-
9F zeigt
ein noch anderes Beispiel eines Spülbetriebs, bei dem eine
andere Substanz als Ethanol als Spülsubstanz für
das erste Einspritzventil verwendet wird. Zum Beispiel kann die
Substanz Benzin, Wasser oder eine andere Substanz umfassen. Wie
zum Beispiel unter Bezug auf 4B beschrieben
kann das erste Einspritzventil selektiv mindestens eine von zwei
verschiedenen Substanzen als Spülsubstanz einspritzen.
Zu beachten ist, dass sich die Korrektur oder der Abgleich der Benzineinspritzung,
die als Reaktion auf den Spülbetrieb ausgeführt
wird, als Reaktion auf die während des Zyklus verwendete
Spülsubstanz ändern kann. Zum Beispiel kann der
Abgleich des dem Zylinder während eines Spülzyklus
gelieferten Benzins zwischen den Strategien von 9E und 9F variieren,
da die Art der Spülsubstanz eine andere ist. Wenn zum Beispiel
die Spülsubstanz einen „Nichtkraftstoff" wie Wasser
umfasst, kann die während des Zyklus, bei dem ein Spülen
ausgeführt wird, eingespritzte Benzinmenge anders angepasst
werden, als wenn die Spülsubstanz Benzin, Ethanol, Methanol
oder eine andere Substanz umfasst. Auf diese Weise kann ein Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis
und ein von dem Motor erzeugter Drehmomentwert beibehalten werden.
-
Zu
beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer-
und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen
verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen
Routinen können eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen,
beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking,
Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene
gezeigte Schritte, Betriebe oder Funktionen in der gezeigten Abfolge
oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen
ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung
nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier
beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen,
wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen.
Einer oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen können
abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt
ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen
Schritte einen in ein maschinenlesbares Speichermedium in dem Motor
oder Fahrzeugsteuersystem einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
-
Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen
nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen,
da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel
kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Gegenkolben-
und andere Motorausführungen angewendet werden. Der Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe
liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen
Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder
Eigenschaften, die hier offenbart werden.
-
Die
folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen
und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet
werden. Diese Ansprüche können auf „ein"
Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung
desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen,
dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen,
wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen,
Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung
der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang
der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich
oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden
Offenbarung enthalten betrachtet
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - "Calculations
of Knock Suppression in Highly Turbocharged Gasoline/Ethanol Engines
Using Direct Ethanol Injection" und "Direct Injection Ethanol Boosted
Gasoline Engine: Biofuel Leveraging for Cost Effective Reduction
of Oil Dependence and CO2 Emissions" von Heywood et al. [0003]