-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren
zur Steuerung zweier verschiedener Arten von Einspritzdüsen,
die Treibstoff in den Zylinder eines Verbrennungsmotors einspritzen.
-
Stand der Technik
-
Eine
Anordnung zum Betrieb eines „dual-fuel-injection” – Motors
wird in
US-Patent 7,281,517 beschrieben.
Diese Patentschrift beschreibt die Treibstoffversorgung eines Zylinders
eines Motors unter Verwendung einer Einspritzdüse für
die Saugrohreinspritzung (Port Fuel Injector oder PFI-Düse)
und einer Einspritzdüse für die Direkteinspritzung
(Direct Injector oder DI-Düse). Der Zeitablauf der Einspritzung
durch PFI- und DI-Düsen kann variiert werden, um die Gesamtmenge
an in den Zylinder eingespritztem Treibstoff zu variieren. Die Anordnung
scheint sowohl getrennte Treibstoffpumpen als auch getrennte Einspritz-Steuerelemente
zu verwenden, um eine individuelle Kontrolle der DI- und PFI-Düsen
zu ermöglichen, damit der Anteil an Treibstoff, den die PFI-
und DI-Düse in einen Zylinder einspritzt, mit den Betriebsbedingungen
des Motors variiert werden kann.
-
Diese
Anordnung kann auch einige Nachteile aufweisen. Beispielsweise kann
ein derartiges Einspritzsystem bei Verdopplung der Menge an Einspritzdüsen
und Treibstoffpumpen mehr als doppelt so teuer werden wie ein vergleichbares
Saugrohreinspritzsystem. Weiters werden zusätzliche Verdrahtungen
und Steuerelemente benötigt, um zwei verschiede Arten von
Treibstoffdüsen zu steuern und zu betreiben. Außerdem
können die zusätzlichen Verdrahtungen und Steuerelemente
den für die Umsetzung des beschriebenen Systems benötigten
Platz- und Gewichtsbedarf erhöhen.
-
Die
Erfinder haben die oben erwähnten Nachteile erkannt und
ein System und ein Verfahren entwickelt, das demgegenüber
wesentliche Verbesserungen aufweist.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Eine
Ausführungsform der gegenständlichen Beschreibung
zeigt ein Verfahren zur Steuerung von Einspritzdüsen für
die Saugrohreinspritzung und die Direkteinspritzung, die ausgeführt
sind, um Treibstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors einzubringen,
umfassend, dass durch ein erstes Signal das Leiten eines ersten
Stromes durch eine zweite DI-Düse bewirkbar ist, um Treibstoff
in einen zweiten Zylinder eines Verbrennungsmotors einzuspritzen; und
durch das erste und ein zweites Signal, zumindest während
einem Teil dieses Intervalls in dem die zweite DI-Düse
Treibstoff in den zweiten Zylinder einspritzt, das Leiten eines
zweiten Stromes durch eine erste PFI-Düse bewirkbar ist,
um Treibstoff in einen ersten Zylinder des Verbrennungsmotors einzuspritzen.
Dieses Verfahren überwindet zumindest einige Nachteile
des zuvor genannten Systems.
-
PFI-
und DI-Düsen, Verdrahtungen und Steuerelemente können
dergestalt angeordnet werden, so dass die Anzahl der für
ein „dual-injector” – Kraftstoff-System
benötigten Drähte und Steuerelemente für
die Düsen reduziert werden kann. In ei nem Ausführungsbeispiel
können Steuer-Verdrahtungen und Steuerelemente für
ein Direkteinspritzsystem für den Betrieb einer Saugrohr-
und einer Direkteinspritzung verwendet werden, während
gleichzeitig die Einspritzung verschiedener Brennstoffmengen durch jede
einzelne dieser beiden Düsen möglich ist. Dies erlaubt
die Konstruktion eines Einspritzsystems für den „dual-injector-fuel” Betrieb
mit weniger Fahrzeug-Platzbedarf, geringeren Kosten, und geringerem
Gewicht.
-
Die
gegenständliche Erfindung hat mehrere Vorteile. Nämlich
dass das System und das Verfahren die Kosten für die Verdrahtung
eines Einspritzsystems für den dual-fuel Betrieb verringern
können; dass existierende Steuerelemente für DI-Düsen
verwendet werden können, um PFI- und DI-Düsen
zu betreiben; und dass das Fahrzeuggewicht aufgrund der geringeren
Anzahl von Komponenten, die für den Betrieb des gegenständlichen
Einspritzsystems im Vergleich zu anderen „dual-fuel”-Einspritzsystemen benötigt
wird, verringert werden kann.
-
Diese
und andere Vorteile sowie andere Eigenschaften der gegenständlichen
Erfindung können der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung als solches oder unter Miteinbeziehung der beigefügten Abbildungen
entnommen werden.
-
Kurze Beschreibung der Abbildungen
-
Die
hier beschriebenen Vorteile können durch das Studium eines
Beispiels einer Ausführungsform, hier als detaillierte
Beschreibung bezeichnet, entweder alleine oder wahlweise unter Beachtung
der Abbildungen besser verstanden werden. Es zeigen:
-
1:
ein schematischer Plan eines Motors, dessen System zur Treibstoffzufuhr,
und dessen Kontrollsystem;
-
2:
ein beispielhaftes Flußdiagramm einer Kontrollstrategie
für die Treibstoffeinspritzung;
-
3:
ein beispielhaftes Phasendiagramm für die Zeitabfolge der
Einspritzung durch DI-Düsen und PFI-Düsen;
-
4:
ein beispielhaftes Schaltbild eines Kraftstoff-Einspritzsystems
aus dem Stand der Technik;
-
5:
ein beispielhaftes Schaltbild für ein Kraftstoff-Einspritzsystem
gemäß der Erfindung;
-
6:
ein Taktdiagramm für Kraftstoff-Einspritzsysteme aus dem
Stand der Technik;
-
7:
ein Taktdiagramm für Einspritzsysteme gemäß der
Erfindung und
-
8:
eine Einspritzsequenz eines gegenständlichen Einspritzsystems,
das für einen Vierzylindermotor konfiguriert ist.
-
Ausführliche Beschreibung
der Erfindung
-
In 1 wird
ein Verbrennungsmotor 10 mit einer Mehrzahl von Zylindern,
von denen ein Zylinder in 1 gezeigt
wird, von einem elektronischen Motorkontrollelement 12 kontrolliert.
Der Motor 10 besitzt eine Verbrennungskammer 30,
Zylinderwände 32 und Kolben 36 die sich
im inneren des Zylinders befinden und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden sind.
Die Verbrennungskammer 30 ist bekanntlich über
Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mit einem Saugrohr 44 bzw.
einem Abgasrohr 48 verbunden. Jedes Ein- und Auslassventil
wird von einer mechanischen Antriebsnocke 130 betrieben.
Alternativ können die Einlassventile und/oder Auslassventile
elektronisch betrieben werden.
-
Das
Saugrohr 44 steht in Verbindung mit einer elektronischen
Drossel 94, die eine Drosselklappe 62 kontrolliert.
Brennstoff wird in einen Zylinder 30 über Brennstoffdüsen 66a und 66b eingespritzt.
Die Düse 66a spritzt Brennstoff direkt in den
Zylin der 30 ein, wohingegen die Düse 66b Brennstoff
in die Zylindervorkammer, die dem Einlassventil 52 vorgeschalten
ist, einspritzt. Einspritzdüse 66a bezieht den Brennstoff
von einer Einspritzpumpe (nicht gezeigt). Die Einspritzpumpe kann
mechanisch vom Motor oder elektronisch betrieben werden. Eine Saugpumpe
beliefert die Einspritzpumpe mit Brennstoff aus dem Tank des Fahrzeugs
(nicht gezeigt). Die Saugpumpe kann so eingestellt sein, dass sie
Brennstoff direkt an die PFI-Düse liefert, wenn dies gewünscht ist,
oder alternativ kann eine andere Brennstoffpumpe verwendet werden,
um die PFI-Düse 66b mit Brennstoff aus dem Tanks
des Autos zu versorgen.
-
Das
verteilerlose Zündsystem 88 entfacht einen Funken
in der Verbrennungskammer 30 mit Hilfe der Zündkerze 92 als
Reaktion auf ein Signal des Kontrollelements 12. Ein universeller
Abgassauerstoffmesser (universal exhaust gas oxygen sensor, UEGO
sensor) 76 wird in das Abgasrohr 48 eingebunden
und dem Katalysator 70 vorgeschalten. Der Katalysator 70 kann
in einem bestimmten Ausführungsbeispiel mehrere katalytische
Elemente besitzen. In einem anderen Ausführungsbeispiel
können mehrere Abgaskontrollmechanismen jedes mit mehreren
katalytischen Elementen verwendet werden. In einer Ausführungsform
kann der Katalysator 70 ein Drei-Wege-Katalysator sein.
-
Das
Kontrollelement 12 besteht in 1 aus einem
herkömmlichen Mikrocomputer umfassend: einen Mikroprozessor 102,
I/O-Anschlüssen 104, einen ROM-Speicher 106,
einen RAM-Speicher 108, einen Vorspeicher 110 und
einer herkömmlichen BUS-Einheit. I/O-Einheiten 104 enthalten
optional eine Mehrzahl von Datenverarbeitungs- und Puffereinheiten.
Beispielsweise werden Prozessorsignale zu elektronischen Kreisläufen
der Einspritzdüse geleitet, welche wiederum die momentan
verfügbare Kapazität an Treibstoffströmen
erhöhen, um Einheiten, wie z. B. Brennstoffdüsen,
mit einem hohen Bedarf an Treibstoffstrom zu versorgen. Die Kontrolleinheit 12 erhält
zusätzlich zu den soeben diskutierten Signalen verschiedenste
Meldungen von Sensoren innerhalb des Motors 10, folgende
Signale mit eingeschlossen: Kühlwassertemperatur durch
Temperaturfühler 112 (welcher in Verbindung zum
Kühlwassermantel 114 steht), einem Positionsfühler 119 am Gaspedal, einem
Luftmassenmesser 115, einem Ladedruckmesser (engine manifold
pressure sensor MAP) 122 in Verbindung mit dem Saugrohr 44,
einem Positionsfühler 150 für die Nockenwelle,
einem Positionsfühler 69 für das Drosselventil,
eine Messung der Lade- und/oder Rohrtemperatur von einem Temperatursensor 117,
ein Hallsensor 118 zur Bestimmung des Zündzeitpunktes/der
Motorstellung mittels Ermittlung der Position der Kurbelwelle 40.
In einer Ausführungsform der Erfindung stößt
der Hallsensor 118 eine vorbestimmte Anzahl an Impulsen
gleichen Abstandes während jeder Umdrehung der Nockenwelle
aus, womit die Umdrehungszahl (RPM) bestimmt werden kann.
-
Das
ROM-Speichermedium 106 kann mit vom Computer lesbaren Daten,
welche durch den Prozessor 102 ausführbar sind,
bestückt werden um die nachstehend beschriebenen und auch
andere denkbare aber nicht speziell aufgelistete Ausführungen
auszuführen.
-
2 zeigt
ein beispielhaftes Flußdiagramm einer Kontrollstrategie
für die „dual-fule”-Treibstoffeinspritzung.
Diese Strategie gemäß 2 erlaubt
den individuellen oder gemeinsamen Betrieb von PFI- und DI-Düsen
während eines Zyklus des Zylinders (über den bei
Rotation der Kurbelwelle abgedeckten Winkel und folglich den Verbrennungszyklus
definiert; 720° für einen Viertaktzylinder beispielsweise;
kann auch größer oder kleiner als 720° sein,
beispielsweise 360° für einen Zweitakter) durch Aufteilen
der Steuereinheit zwischen beiden Arten von Düsen.
-
In
manchen Ausführungen kann die Steuereinheit für
die DI-Düse so eingestellt werden, dass sie drei Steuerleitungen
und drei Steuereinheiten verwendet, um zwei Direkteinspritzungsdüsen
zu betreiben. Folglich werden drei Steuerleitungen zwischen einer
Kontrolleinheit und zwei Direkteinspritzdüsen benötigt.
-
Andererseits
werden PFI-Düsen typischerweise derart angeschlossen, dass
sie über einen Stromdraht und einen zweiten Stromdraht
versorgt werden, der zu der Kontrolleinheit zurückführt,
wobei die Steuereinheit den Draht mit einer Stromsenke verbinden
kann. Die Düse wird aktiviert, sobald die Steuereinheit
einen Strompfad zum niedrigeren Potential eröffnet. Diese
Anordnung setzt ein Kabel zu einer Stromquelle und ein Kontrollkabel
zum Kontrollmodul für jede Vorkammereinspritzdüse
voraus.
-
Die
gegenständliche Erfindung beschreibt Anordnungen von DI-Düsen
und PFI-Düsen, dadurch gekennzeichnet, dass vier Einspritzdüsen
(d. h. zwei PFI- und zwei DI-Düsen) über dieselbe
Steuereinheit betrieben werden können.
-
In
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Niedrigpotentialsteuereinheiten
oder Steuereinheiten an der niedrigeren Potentialseite zur Steuerung
von sowohl DI-Düsen als auch PFI-Düsen verwendet
wie beispielsweise in 5 zu sehen ist. Da die Direkteinspritzdüsen
von sowohl Niedrigpotentialsteuereinheiten als auch Hochpotentialsteuereinheiten
(Steuereinheiten an der hohen Potentialseite, d. h. sie liefern
Strom an die Düsen) betrieben werden, können die
Niedrigpotentialsteuereinheiten einen Strompfad in Richtung des
kleineren Potentials bereitstellen, ohne notwendigerweise die Direkteinspritzdüse
zu betreiben. Dies ebnet den Weg für eine Kontrolleinheit,
die PFI- und DI-Düsen unabhängig voneinander mit
Hilfe von Potentialgefällen betreiben kann. Aufgrund der
Tatsache, dass die Stromlieferung zu PFI- und DI-Düsen
unabhängig voneinander durch die Hoch- und Niedrigpotentialsteuereinheiten unterbrochen
werden kann, können die PFI-Düsen durch eine Unterbrechung
der Stromzufuhr abgeschalten werden, ohne den Betrieb der Direkteinspritzdüsen
zu stören. Folglich können PFI- und DI-Düsen
unabhängig voneinander oder zusammen mit nur wenig mehr
Schaltkreisen als dies für eine Direkteinspritzdüse
benötigt würde betrieben werden. Folglich werden
weniger Drähte zwischen der Kontrolleinheit für
die Einspritzdüsen und der Einspritzdüse selbst
benötigt.
-
2,
Schritt 200 der Routine bestimmt, ob es wünschenswert
ist mit PFI-Düsen zu arbeiten. Sollte dies zutreffen, schreitet
die Routine zu Schritt 202, andernfalls zu Schritt 201.
Die Bestimmung, ob PFI-Düsen verwendet werden sollen oder
nicht, kann in vielen Weisen bestimmt werden. Beispielsweise werden
Drehzahl und Motorenlast verwendet, um zu bestimmen, wann der Einsatz
von PFI-Düsen wün schenswert ist. Auch die momentanen
Anforderungen an den Motor und/oder das Fahrzeug können
zu dieser Bestimmung herangezogen werden, ob PFI-Injektion vorgenommen
werden soll. Es kann beispielsweise wünschenswert sein,
PFI-Düsen während dem Start des Motors wenn die
Motortemperatur niedrig ist zu verwenden, da Motoremissionen durch
gutes Verdampfen des Treibstoffes bei Öffnen des Einlassventils
verbessert werden kann. Im Gegensatz dazu kann in manchen Anordnungen,
in denen verschiedene Treibstofftypen in zwei verschiedene Einspritzdüsen
(z. B. Benzin wird mittels der PFI-Düse und Alkohol mittels
der Direkteinspritzdüse injeziiert) gepumpt werden, der
Betrieb der PFI-Düse sowohl durch die momentanen Anforderungen
an den Motor als auch durch den Brennstofftyp bestimmt sein.
-
Bei
Schritt 202 bestimmt die Routine, ob es wünschenswert
ist, auch die Direkteinspritzdüsen zu verwenden. Wenn ja,
schreitet die Routine zu Schritt 204, andernfalls zu Schritt 211.
Wie die Saugrohreinspritzung kann auch der Betrieb der Direkteinspritzdüsen
durch eine Vielzahl an Faktoren bestimmt werden, einschließlich
von den oben beschriebenen.
-
Bei
Schritt 204 bestimmt die Routine den Treibstoffbedarf für
Direkt- und Saugrohreinspritzdüsen.
-
In
einer Ausführungsform können die Art der Einspritzung
(d. h. Saugrohr- oder Direkteinspritzung) und die Treibstoffart
von vorbestimmten, katalogisiert abgespeicherten, empirischen Zuordnungsdaten
festgelegt und verändert oder angepasst werden. In einer
Ausführungsform wird die einzuspritzende Treibstoffmenge
basierend auf einer open-loop Schätzung in Verbindung mit
der Stellung des Gaspedals, der Motortemperatur und der Drehzahl
festgelegt. Wenn z. B. ein Fahrer einen ersten Gasdruck bei einer
ersten Drehzahl gibt, so koppelt die Motorenkontrolleinheit an eine
Tabelle oder Funktion, die bestimmt, welche Einspritzdüsen
aktiviert werden. Das heißt, dass die Routine entweder
DI, PFI oder DI + PFI („port pulse direct Injection”)
auswählt. Alternativ kann eine Zustandseinrichtung verwendet
werden, um auszuwählen, welche Einspritzdüsen
für eine vorgegebene oder spezielle Einsatzbedingung verwendet
werden sollen. Des Weiteren werden die Treibstoffmenge und der Treibstofftyp
für jede Einspritzdüse nachgeschlagen. Zum Beispiel kann
das Nachschlagen zu einer bestimmten Einsatzbedingung gehöriger
Parameter eine Benzin-PFI-Einspritzung von 6 kg Treibstoff/Stunde
und eine Ethanol-Direkteinspritzung von 0,25 kg/h ergeben und eine
andere Einsatzbedingung eine Ethanol-Direkteinspritzung von 8 kg/h.
Daraus ergibt sich, dass verschiedene Einsatzbedingungen verschiedene
Einspritzstrategien (d. h. DI, DI + PFI, PFI), verschiedene Treibstofftypen
und verschiedene Treibstoffmengen für jede einzelne Einspritzdüse
die Treibstoff an einen Zylinder liefert ergeben.
-
Der
nachgeschlagene Treibstoffbedarf kann auch am gemessenen Sauerstoffgehalt
der Abgase und an Signalen von Meßfühlern für
das Motorklopfen eingestellt werden, so dass das gewünschte Drehmoment
bei einem gewünschten Treibstoffluft-Treibstoff-Mischungsverhältnis
erreicht wird. Die erforderliche Treibstoffmenge für jede
Zylinder-Einspritzdüse (DI und PFI) wird in eine oder mehrere
Kraftstoffpulsweiten konvertiert (d. h. die Dauer des Strom- oder
Spannungssignals, das an die Einspritzdüse geleitet wird),
die mit der Öffnungsdauer der DI und/oder PFI Einspritzdüse
korrespondiert, die zur Lieferung der benötigten Kraftstoffmenge
nötig ist.
-
Wohlgemerkt
können die Kraftstoff-Impulsdauern der Treibstoffeinspritzung
der DI- und PFI-Einspritzdüsen so eingestellt werden, dass Treibstoff
im Zuge einer Mehrzahl von einzelnen Einspritzvorgängen
während eines Verbrennungszyklus des Zylinders in diesen
Zylinder eingespritzt wird. Die Dauer jedes Impulses kann über
empirische Parameter enthaltende Tabellen oder an empirische Parameter
gefittete Funktionen nachgeschlagen werden, die Informationen zur
Zeitabfolge der Einspritzung einer zuzuführenden Treibstoffmenge
bei vorgeschriebener Kurbelwellenpositionen für gegebene
Einsatzbedingungen enthalten.
-
Nachdem
die Arten der Einspritzdüsen und die Treibstoffmenge ausgewählt
wurden, schreitet die Routine zu Schritt 206 voran.
-
Bei
Schritt 206 werden von der Routine Kontrollschalter oder ähnliche
Einheiten zum Betrieb der Einspritzdüsen kontrolliert.
In einer Ausführungsform steuert die Routine PFI-Einspritzdüsen über
Schalter zwischen den PFI-Einspritzdüsen und einer Stromsenke.
Diese Routine kontrolliert auch einen Schalter, der dazu benutzt
werden kann, den Strom an einem oder mehreren PFI-Einspritzdüsen
an- oder abzustellen (siehe z. B. 5, Schalter 512, 501 und 508).
Folglich kontrolliert die Routine den Stromfluss von und zu den
Gruppen an PFI-Einspritzdüsen.
-
Die
Routine kontrolliert weiters den Stromfluss zu DI-Einspritzdüsen.
Die DI-Einspritzdüsen können als Paar angeschlossen
sein, so dass zwei Leistungsquellen an zwei DI-Einspritzdüsen
geschalten und mit diesen verbunden sind, wie z. B. in 5,
Schalter 502 und 507. Die Routine kontrolliert
auch zwei Niedrigpotentialsteuereinheiten, die jede Einspritzdüse
oder jedes Einspritzdüsenpaar mit einer Stromsenke verbinden
(d. h. einen Pfad zu einem niedrigeren Potential eröffnen),
wie beispielsweise in 5 Schalter 50 und 508.
-
Es
wird angedacht dass in anderen Ausführungsformen andere
Verkabelungen vorgesehen werden können. Beispielsweise
könnten PFI-Einspritzdüsen in einer Gruppe Strom
von einzelnen Pfaden oder Schaltern im Schaltkreis beziehen, während
ein einzelner Schalter einen Pfad der zu einem niedrigeren Potential
(d. h. einer Stromsenke) führt, deaktivieren kann. In einem
weiteren Beispiel wird ein Paar an DI-Einspritzdüsen über
individuelle Strompfade und individuelle Schalter an einer Stromquelle
hängen, während ein einzelner Schalter oder Strompfad
das Direkteinspritzungsdüsenpaar mit einer Stromsenke verbindet.
-
Um
die Kosten für die Anordnung zu verringern, arbeitet die
Routine in Verbindung mit einer Verkabelung, die es ermöglicht
DI- und PFI-Einspritzdüsen jedes einzelnen Zylinders des
Motors mit von beiden Einspritzdüsen geteilten Bauteilen
zu betreiben. 5 ist eine beispielhafte Ausgestaltung
einer Verkabelung, die eine Verringerung der Kosten für
das die DI- und PFI-Einspritzdüsen betreibende System verringern
kann. In dieser Ausgestaltung kontrolliert die Routine über
Schalter die DI- und PFI-Einspritzdüsen basierend auf den
in Schritt 204 bestimmten Mengen an einzuspritzendem Treibstoff.
-
Wenn
sowohl DI- als auch PFI-Einspritzdüsen betrieben werden
sollen, kontrolliert die Routine die Strompfade der DI-Einspritzdüsen
eines Zylinders zusammen mit den Strompfaden der PFI-Einspritzdüsen
der anderen Zylinder. Die Routine kontrolliert insbesondere die
Strompfade einer ersten Direkteinspritzdüse, die Treibstoff
für einen ersten Zylinder bereitstellt, dadurch dass sie
das Öffnen oder Schließen eines oder mehrerer
Schalter auf Basis der gewünschten Direkteinspritzungsimpulslänge, die
in Schritt 204 bestimmt wird, kontrolliert. Das heißt,
dass die erste Direkteinspritzdüse derart angesteuert werden
kann dass an ihr Strom in gewünschter Impulslänge
fließt und Einspritzung der gewünschten Treibstoffmenge
durch Treibstoffdirekteinspritzung bewirkt. Die Direkteinspritzung
tritt während eines Intervalls der Kurbelwelle auf das
die Ansaug- und Kompressionsschritte des Zylinderzyklus umfasst.
Während derselben Zeitspanne/desselben Rotationsintervalles
der Kurbelwelle (d. h. dem Winkelintervall der Kurbelwelle währenddessen
die erste Direkteinspritzdüse Treibstoff in einen ersten
Zylinder einspritzt) bewirkt die Routine auch die Einspritzung von
Treibstoff in einen zweiten Zylinder durch Öffnen oder
Schließen von einem oder mehreren Schaltern, die eine zweite
PFI-Einspritzdüse steuern. Insbesondere wird diese zweite
PFI-Einspritzdüse durch die Kontrolle des Stromflusses über
solche Steuereinheiten, die gemeinsam mit der ersten Direkteinspritzdüse
verkabelt sind, angesteuert. Die PFI-Einspritzdüse kann
während dem Ausblas-, Arbeits- und Verdichtungsschritt
des von ihr mit Kraftstoff versorgten Zylinders aktiviert werden.
In gleicher Art und Weise wird die erste PFI-Einspritzdüse,
die Treibstoff an den ersten Zylinder liefert, dadurch aktiviert,
dass Schalter angesteuert werden, die gemeinsam mit Schaltern genutzt
werden, die zur Aktivierung der zweiten Direkteinspritzdüse
verwendet werden können, die Treibstoff an einen zweiten
Zylinder liefert. Wenn Schalter von Direkteinspritzdüsen
die Treibstoff an einen Zylinder, und PFI-Einspritzdüsen,
die Treibstoff an einen zweiten Zylinder liefern, gemeinsam genutzt werden,
können über ein an einem von beiden Düsen geteilten
Schaltelement gesendetes individuelles Steuersignal beide Einspritzdüsen
gleichzeitig gesteuert werden. Daher kann die PFI-Einspritzung eines
Zylinders gleichzeitig mit der Direkteinspritzung eines anderen
Zylinders durch die Ausgabe eines einzigen Signals gesteuert werden,
wenn die Einspritzdüsen richtig verkabelt sind (z. B. 5).
Ein zweites Steuersignal kann verwendet werden um andere DI- und
PFI-Einspritzdüsen, die dieselben Zylinder wie die vorher
beschriebenen DI- und PFI-Einspritzdüsen mit Treibstoff
versorgen zu lenken. Daher kann durch ein erstes Signal Treibstoff
von einer Direkteinspritzdüse an einen Zylinder und durch
ein anderes Signal Treibstoff von einer PFI-Düse in denselben
Zylinder eingespritzt werden. Dieselben ersten und zweiten Signale
bewirken auch, dass Treibstoff an einen anderen Zylinder im Zuge
von Direkt- und PFI-Einspritzung eingespritzt wird.
-
Das
Zeitfenster für Direkteinspritzung in einen bestimmten
Zylinder kann auf die Zeiträume der Ansaug- und Verdichtungsschritte
limitiert werden, so dass der eingespritzte Treibstoff noch während
desselben Zylinderzyklus verbrannt wird. Auf der anderen Seite kann
das Zeitfenster für PFI-Einspritzung länger sein,
weil der Zeitraum, in dem das Einlassventil geöffnet ist,
bestimmt, wann Treibstoff in den Zylinder eingelassen wird. Da das
Zeitfenster für die DI-Einspritzung kürzer ist
als für die PFI-Einspritzung, und weil die PFI-Einspritzdüse
Treibstoff auch während der Zeit in der DI-Einspritzung
erfolgt, wird über den Zeitrahmen für die Direkteinspritzung
zumindest die anfängliche Einspritzdauer der PFI-Einspritzung
während desselben Zylinderzyklus bestimmt, wenn sowohl
PFI- als auch DI-Einspritzdüsen während desselben
Zylinderzyklus verwendet werden. Jede weitere PFI-Einspritzung nach
dem Zeitfenster für Direkteinspritzung wird durch Ansteuern der
Niedrigpotentialschalter an den DI-Düsen derart bewirkt,
dass Strom fließt obwohl die Hochpotentialschalter keinen
Strom an die Direkteinspritzdüsen liefern.
-
Da
es gegebenenfalls nicht möglich ist die gesamte für
die PFI-Einspritzung ermittelte Treibstoffmenge während
des Zeitfensters der Direkteinspritzung an andere Zylinder einzuspritzen,
kann es sein, dass die PFI-Einspritzdüse ein oder mehrere Male
nach der Direkteinspritzperiode des Zylinders angesteuert werden
muss, um die gesamte Menge an benötigtem Treibstoff in
das Saugrohr einzuspritzen. Dies kann durch Stromfluss über
die PFI-Einspritzdüse zur Senke über die Niedrigpoten tialsteuereinheiten
der DI-Düsen erwirkt werden, ohne die Hochpotentialsteuereinheiten
der Direkteinspritzdüsen einzuschalten.
-
Die
insgesamt an einen Zylinder eingespritzte Treibstoffmenge kann als: Cyl_Fuel = DI_slope·DI_time + (PFI_slope·DI_time
+ PFI_slope·PFI_time)wobei Cyl_fuel die Menge an in
den Zylinder eingespritztem Treibstoff; DI_slope eine Funktion,
die die Menge an von der Direkteinspritzdüse bei einem
bestimmten Treibstoffdruck eingespritztem Treibstoff pro Zeiteinheit;
DI_time die Zeitspanne der Direkteinspritzung; PFI_slope eine Funktion,
die die Menge an von der PFI-Düse bei einem bestimmten
Treibstoffdruck eingespritztem Treibstoff pro Zeiteinheit charakterisiert;
und PFI_time die Zeitspanne der PFI-Einspritzung ist, bedeuten.
-
Es
ist zu beachten, dass die Schritte, wie sie in 2 beschrieben
werden, einzeln für den Einspritzvorgang an jedem Zylinder
verwendet werden.
-
Die
Steuerschalter oder ähnliche Bauteile werden entsprechend
den gewünschten Einspritzdauern aus Schritt 205 betrieben.
Nachdem die Steuerelemente in Schritt 206 kontrolliert
wurden, wird die Routine verlassen.
-
In
Schritt 201 bestimmt die Routine, ob Direkteinspritzung
wünschenswert ist. Wenn nicht, wird die Routine verlassen.
In einem Beispiel können Direkt- und PFI-Einspritzdüsen
nicht verwendet werden, beispielsweise während einer Fahrzeugverlangsamung,
so dass der Treibstoffverbrauch reduziert wird. Wenn der Betrieb
der Direkteinspritzdüse gewünscht wird, schreitet
die Routine zu Schritt 203.
-
In
Schritt 203 wird der Strom zu den PFI-Einspritzdüsen
unterbrochen, wodurch die Direkteinspritzdüsen frei angesteuert
werden, ohne Treibstoff in ein Saugrohr einzuspritzen. Der Strom
an einer PFI-Einspritzdüse kann durch entweder Öffnen
oder Schließen der Steuerschalter abgeschaltet werden. Beispielsweise
ist in 5 Schalter 512 ein PFI-Kontrollschalter.
Nachdem die Versorgung der PFI-Einspritzdüsen abgeschaltet
ist, schreitet die Routine zu Schritt 205.
-
In
Schritt 205 wird der Treibstoffbedarf für die Direkteinspritzung
ermittelt. Ähnlich wie in Schritt 204 kann der
Treibstoffbedarf für die Direkteinspritzung durch die Stellung
des Gaspedals bzw. durch den Drehmomentbedarf, durch die Motortemperatur
und durch die Drehzahl beeinflusst werden. Die Stellung des Gaspedals
bzw. der Drehmomentbedarf und die Drehzahl werden dazu verwendet,
um empirisch bestimmte Treibstoffmengen für die Direkteinspritzung aus
einer Tabelle oder gefitteten Funktion zu entnehmen. Nachdem die
Treibstoffmenge für die Direkteinspritzung bestimmt wurde,
schreitet die Routine zu Schritt 207.
-
Bei
Schritt 207 betätigt die Routine Schalter oder ähnliche
Elemente um Strom an die Direkteinspritzdüsen anzulegen
und anschließend wieder zu senken. In einem Beispiel wird
die Direkteinspritzdüse mit einem ersten Signal geöffnet
und wird dann durch ein zweites Signal offen gehalten. Das durch die
Routine befehligte Signal zur Direkteinspritzdüse kann
bei Bedarf moduliert werden, um das Aufheizen der Einspritzdüse
zu verringern. Schalter oder ähnliche Bauelemente werden
in gemäß der in Schritt 205 bestimmten,
gewünschten Zeitspanne für die Treibstoffeinspritzung
betrieben. In 7 wird eine beispielhafte Zeitfolge
für die Direkteinspritzung gezeigt. Die Routine wird nach
der Kontrolle der Direkteinspritzdüse verlassen.
-
In
Schritt 211 deaktiviert die Routine eine Direkteinspritzdüse
durch Öffnen oder Schließen von Schaltern oder ähnlichen
Bauteilen um die Stromzufuhr oder Spannung an der DI-Einspritzdüse
abzustellen. Durch die Unterbrechung des Strompfades zwischen Quelle
und Direkteinspritzdüse können die Niedrigpotentialschalter
oder ähnliche Bauteile der Direkteinspritzdüsen
so gesteuert werden, dass PFI-Einspritzdüsen funktionieren,
ohne den Fluss von Treibstoff durch die Direkteinspritzdüsen
zu bewirken (beispielsweise 5, Schalter 502 und 507).
Nachdem der Stromfluss zu der Direkteinspritzdüse unterbrochen
wurde, schreitet die Routine zu Schritt 213.
-
In
Schritt 213 wird der Treibstoffbedarf für die Saugrohreinspritzung
bestimmt. Ähnlich Schritt 204 und Schritt 205 wird
die Menge an Treibstoff für die Saugrohreinspritzung über
die Bedürfnisse des Fahrers, die Drehzahl und die Motortemperatur
ermittelt. Unter Verwendung dieser Parameter werden mittels einer
Kontrollroutine empirische Werte aus einer Tabelle oder gefitteten
Funktion entnommen, um die um ein bestimmtes Motordrehmoment zu
erreichen benötigte Menge an in einen Zylinder einzuspritzendem Treibstoff
zu ermitteln. Nachdem der Treibstoffbedarf für die Saugrohreinspritzung
bestimmt sind, schreitet die Routine zu Schritt 215.
-
In
Schritt 215 steuert die Routine Schalter oder ähnliche
Bauteile, die die Strompfade zwischen DI- und PFI-Düsen
und Stromsenke kontrollieren. Nachdem der Strom an den DI-Düsen
abgeschalten wurde, hat der Betrieb der Stromverbrauchsschalter keinen
Einfluß auf die Vorkammereinspritzdüsen und die
Vorkammereinspritzdüsen bleiben somit abgeschalten. Die
Schalter für den Stromverbrauch oder gleichwertige Bauteile
werden in Übereinstimmung mit der gewünschten
Dauer für die Treibstoffeinspritzung, die in Schritt 213 bestimmt
wurde, betrieben. Nachdem die Impulsdauer für die Direkteinspritzung kontrolliert
wurde, wird die Routine verlassen.
-
In 3 wird
ein beispielhaftes Phasendiagramm für die Zeitabfolge der
Einspritzung durch PFI- und DI-Düsen gezeigt. Horizontale
und vertikale Achsen stellen verschiedene Zeitpunkte im Arbeitszyklus
eines Zylinders dar. Der Ring repräsentiert das Fenster
an Winkelintervallen der Kurbelwelle, in dem PFI- und DI-Einspritzungen
auftreten können. Die vertikale Achse welche mit 720°/0° beschriftet
ist stellt den oberen Totpunkt (top-dead-center) des Kolbens zwischen
Kompressions- und Arbeitsschritt dar. Die horizontale Achse welche
mit 180° beschriftet ist, stellt den unteren Totpunkt (bottom-dead-center)
des Arbeitsschrittes dar; die vertikale Achse, welche mit 360° beschriftet
ist, stellt den oberen Totpunkt des Ausblasschrittes dar, und die
horizontale Achse, welche mit 540° beschriftet ist, stellt
den unteren Totpunkt des Ansaugschrittes dar. Beispielhafte Positionen
für die Öffnung (IVO) und Schließung
(IVC) des Einlassventils werden ebenfalls gezeigt, um weitere Bezugspunkte
für den Zeitablauf einzurichten.
-
Die
Fläche 201 ist der Anteil eines Arbeitszyklus,
in dem Direkteinspritzung erfolgen kann. Dieses Fenster kann bei
Bedarf etwas ausdehnt oder eingeschränkt werden.
-
Die
Fläche 203 ist der Anteil des Arbeitszyklus, in
dem Saugrohreinspritzung erfolgen kann. Auch dieses Zeitfenster
kann bei Bedarf ausdehnt oder eingeschränkt werden.
-
Diese
Darstellung spiegelt die Möglichkeit wieder, Treibstoff
mittels DI- und PFI-Düsen ohne zeitliche Überlappung
der verschiedenen Einspritzmethoden einzuspritzen. Als Resultat
wird ermöglicht, DI- und PFI-Düsen mittels einer
gemeinsamen Steuereinheit und Verkabelung zu betreiben.
-
4 zeigt
ein beispielhaftes Schaltbild eines Direkt- und Saugrohr-Einspritzsystems
aus dem Stand der Technik. Eine Steuereinheit für die Direkteinspritzung
ist mit 400 beschriftet. Diese Steuereinheit besteht aus
mehreren Schaltern. Schalter 401 wird als Niedrigpotentialschalter
definiert, weil er im geschlossenen Zustand einen Strompfad zu einer Stromsenke öffnet.
Das heißt Strom kann in eine Senke abfließen wenn
Schalter 401 geschlossen ist. Schalter 402 öffnet
in geschlossener Stellung einen Strompfad zu einer der beiden Stromquellen
höheren Potentials, die Strom an die DI-Düsen 404 und 406 liefern.
Zusätzlich teilt Schalter 402 einen gemeinsamen
Verzweigungspunkt mit Schalter 403. Dies erlaubt die Verbindung
der DI-Düsen 404 und 406 mit Stromquellen
noch höheren Potentials. Schalter 403 öffnet
in geschlossener Position einen Strompfad zu einer Stromquelle mit
zweithöchstem Potential. Um die DI-Einspritzdüsen 404 und 406 zu
betreiben, soll Schalter 402 bei geschlossenen Schaltern 401 und 405 geschlossen
sein. Schalter 401 und 405 können unabhängig
voneinander geöffnet oder geschlossen werden, so dass die
DI-Düsen 404 und 406 bei verschiedenen
Winkelstellungen der Kurbelwelle aktiviert werden können.
Das Bereitstellen von Spannung und Strom über Schalter 402 ermöglicht
das Arbeiten der Düsen 404 und 406 bei
höheren Einspritzdrücken. Nachdem die Einspritzdüse
offen ist, wird Schalter 402 geschlossen und Schalter 403 geöffnet. Dies
verringert die Stromstärke, die zu den geschalteten Einspritzdüsen
fließt. Zusätzlich können Schalter 402 und 403 moduliert
werden um den Stromfluss zu den eingeschalteten Düsen weiter
zu reduzieren.
-
PFI-Düse 408 wird über
ein Terminal mit Strom versorgt. Das andere Terminal ist mit Schalter 405 verbunden.
Der Schalter öffnet im geschlossenen Zustand einen Strompfad
zu einer Stromsenke niedrigeren Potentials. Daher wird die PFI-Düse durch Öffnen
und Schließen von Schalter 407 betrieben.
-
Es
ist zu beachten, dass um zusätzlich zu zwei DI-Düsen
auch zwei PFI-Düsen zu betreiben, eine zusätzliche
Schaltung für die Saugrohreinspritzung ähnlich
der Einspritzung 408 benötigt wird.
-
5 zeigt
ein beispielhaftes Schaltbild für ein Einspritzsystem gemäß der
Erfindung.
-
Steuereinheit 500 ist
identisch mit Steuereinheit 400 aus 4. Schalter 502 und 507 schaffen einen
ersten Strompfad zwischen Stromquellen hohen Potentials und den
DI-Düsen 503 und 509. Wenn Schalter 502 und 507 gleichzeitig
geschlossen sind, verhindert eine Diode (nicht gezeigt), die mit
Schalter 507 in Serie geschalten ist, dass die 65 Volt – Stromquelle
zur 12 Volt – Stromquelle kurzschließt. Die Schaltanordnung
weist weiters einen zweiten Strompfad zwischen einer Stromsenke
und der DI-Düse 503 mittels Schalter 501 auf.
Schalter 508 regelt einen dritten Strompfad zwischen einer
Stromsenke und DI-Düse 509 bzw. PFI-Düse 510.
-
In
einem solchen Schaltbild ist die Steuereinheit 500 auch
zur Steuerung von DI-Düsen 504 und 510 fähig.
Wenn Schalter 512 geschlossen ist, können PFI-Düsen 504 und 510 durch
das Schließen von Schalter 501 und 508 aktiviert
werden. Schalter 512 kann als gemeinsamer Kontrollschalter
für alle PFI-Düsen dienen. Er kann benutzt werden,
um alle PFI-Düsen an- oder abzuschalten. Wird er mit hoher Geschwindigkeit
moduliert, kann die Notwendigkeit entfallen, dass sich einige PFI-
und DI-Düsen die Betriebszeiten teilen. Dioden 506 und 511 verhindern oder
reduzieren signifikant den Stromfluss durch Düsen 504 und 510,
wenn Schalter 512 und 502 geschlossen sind. Daraus
folgt, dass Schalter 512, ohne die PFI-Düsen 504 und 510 während
eines Arbeitszyklus anzuschalten, geschlossen bleiben kann, sollte
dies gewünscht sein.
-
DI-Einspritzdüse 503 und
PFI-Einspritzdüse 504 sind im Motor so angeordnet,
dass sie Treibstoff an verschiedene um 360° phasenverschobene
Zylinder liefern. Gleichsam sind DI-Düse 509 und
PFI-Düse 510 ebenfalls so angeordnet, dass sie
Treibstoff an verschiedene um 360° phasenverschobene Zylinder
liefern. Die mit einem gemeinsamen Schalter verbundenen PFI- und
DI-Düsen können gleichzeitig mit demselben Schalter
betrieben werden, wenn dies gewünscht wird. Beispielsweise
würde ein Viertakt-Vierzylindermotor mit einer Zündfolge
1-3-4-2 eine erste Direkteinspritzdüse, welche Treibstoff
an Zylinder 1 liefert, mit derselben Stromsenke wie eine zweite PFI-Düse,
die Treibstoff an Zylinder 4 liefert, verbunden werden. Wenn Schalter 502 oder 507 gleichzeitig mit
Schalter 501 geschlossen werden, kann die DI-Düse 503 Treibstoff
einspritzen. Sind Schalter 512 und 501 gleichzeitig
geschlossen, so wird Treibstoff in das Saugrohr eines anderen Zylinders
eingespritzt. Wenn Schalter 512 offen und Schalter 501 geschlossen
ist, kann PFI-Düse 504 keinen Treibstoff einspritzen.
Wenn Schalter 502 oder 507 geschlossen und Schalter 501 offen
sind, kann DI-Düse 503 keinen Treibstoff einspritzen.
Die Dioden 506 und 511 beschränken den
Stromfluss derart, dass die DI-Düsen 504 und 510 nicht
betrieben werden, wenn kein Strom durch Schalter 512 fließt.
DI-Düse 509 und PFI-Düse 510 werden
auf ähnliche Art und Weise betrieben.
-
Diese
Systemanordnung kommt mit zwei Kabeln und zwei Schaltern weniger
aus, indem sie DI- und PFI-Düsen über dieselben
oder geteilte Pfade zu einer Stromsenke betreibt. Durch die Verringerung der
Anzahl von Drähten und Steuerelementen, die zum Betrieb
der Düsen benötigt werden, können die Kosten
für das System und das Gewicht des Systems reduziert werden.
-
6 zeigt
ein Taktdiagramm für den Betrieb eines Paares von DI-Düsen, über
die DI-Steuereinheit aus 4 durch die Methode aus 2. Der
Stand der Niedrigpotentialschalter wird in der Signalspur L1 gezeigt.
Wenn das Signal hoch ist, ist der Schalter geschlossen und der Schalter
der Niedrigpotentialschalter öffnet einen Strompfad von
der DI-Düse zu einer Stromsenke. Wenn das Signal niedrig
ist, ist der Niedrigpotentialschalter offen und unterbricht den
Stromfluss von der DI-Düse zur Senke. Die Signalspur L2
verhält sich gleich wie die Signalspur L1, aber das Signal
steuert eine andere DI-Düse bei einem anderen Winkelintervall
der Kurbelwelle.
-
Das
Signal H1 gibt die Schaltstellung des Schalters der die Stromzufuhr
von einer der Stromquellen mit hohem Potential kontrolliert wieder.
Wenn das Signal H1 hoch ist, erlaubt der Hochpotentialschalter einen
Stromfluss von der Stromquelle höheren Potentials (unter
den zwei Spannungs- oder Stromquellen) zu den DI-Düsen.
-
Das
Signal H2 zeigt die Schalterstellung des Schalters der die zwei
Stromquellen mit den DI-Düsen verbindet. Wenn die Signale
H2 und H1 hoch sind, erlaubt der Kontrollschalter den Stromfluss
von der höchsten verfügbaren Stromquelle zur DI-Düse. H2
hat ein niedrigeres Spannungs- oder Strompotential als H1.
-
Flächen 601 und 602 geben
die Zeitfolge der Einspritzung für zwei verschiedene von
den Schaltern L1, L2, H1 und H2 kontrollierten Zylinder wieder. Das
heißt, dass Fläche 601 dem Zeitpunkt,
an dem eine erste DI-Düse das Signal erhält, Treibstoff
in einen ersten Zylinder einzuspritzen, und Fläche 602 dem
Zeitpunkt, an dem eine zweite DI-Düse das Signal erhält,
Treibstoff in einen zweiten Zylinder einzuspritzen, entspricht.
-
Der
Betrieb der DI-Düsen auf Basis dieser Signale wird nun
beschrieben. Die Einspritzsequenz für einen ersten Zylinder
startet an der ersten Markierung 650. Der Niedrigpotentialschalter
L1, der Hochpotentialschalter H1 und der Hochpotentialschalter H2
werden als hoch angezeigt und öffnen Strompfade von den
Hochpotentialschaltern zu der Niedrigpotentialreferenz die über
L1 verbunden ist. Es fließt Strom aus der höchsten
Potentialquelle während des Zeitabschnittes, in dem H1
hoch ist (605). Während Periode 603,
in der der Niedrigpotentialschalter geschlossen ist, fließt
der Strom über diesen Niedrigpotentialschalter in eine
Senke. Nach dem H1 erniedrigt wird, bleibt H2 eingeschalten (606).
Wenig später wird H2 moduliert (607). Die Modulation
des Schalters verringert den Stromfluss zur DI-Düse und
verringert das Aufheizen der Düse. Von der senkrechten Markierung 651 an
wird L1 niedrig und H2 hoch. Hochpotentialschalter H2 öffnet
einen Strompfad, um zwei Durchleitungen für den Strom zu
gewähren, bevor der Niedrigpotentialschalter geöffnet
wird (608). Bevor die DI-Düse abgeschalten wird,
wird L1 geschlossen und beginnt leitend zu werden (604).
Diese Sequenz erniedrigt die Stromstärke an den DI-Düsen
aber lässt genug Stromstärke bestehen, um Treibstoff über
die DI-Düse einzuspritzen. An der vertikalen Markierung 652 wird
die DI-Düse abgeschalten und die Treibstoffeinspritzung
unterbrochen. Die Düse wird durch konzertiertes Stellen
der Hoch- und Niedrigpotentialschalter auf einen niedrigen, d. h.
offenen Zustand abgestellt.
-
Die
vertikale Markierung 654 markiert den Beginn der Einspritzung
durch die zweite Einspritzdüse des Düsenpaars,
welches von der Steuereinheit betrieben wird. Parallel zur an 650 beginnenden Sequenz
werden der Hochpotentialschalter H1, sowie H2 und L2 in einen hohen
Zustand versetzt. Zu diesem Zeitpunkt öffnet sich die DI-Düse
und beginnt Treibstoff über eine von der Fläche 602 gekennzeichneten
Zeitspanne einzuspritzen. Die Sequenz folgt im selben Muster wie
die Sequenz aus 601.
-
Diese
Abbildung verdeutlicht, dass sich die individuell über
Hoch- oder Niedrigpotentialschalter gesteuerten Düsen unabhängig
voneinander steuern lassen und somit zwei DI-Düsen mit
einem einzigen Steuerelement betrieben werden können, welches mehrere
Schalter oder ähnlich gesteuerte Elemente aufweist.
-
7 zeigt
ein Taktdiagramm für die Einspritzung durch ein Paar an
DI-Düsen und ein Paar an PFI-Düsen unter Verwendung
der DI-Steuereinheit aus 5.
-
Die
Zustände der Niedrigpotentialschalter werden über
die Signalspuren L1 und L2 gezeigt. Wenn die Signale hoch sind,
sind die Schalter geschlossen und die Niedrigpotentialschalter schließen Strompfade
von den DI-Düsen zu einer Stromsenke auf niedrigem Potential.
Wenn die Signale niedrig sind, sind die Schalter offen und die Niedrigpotentialschalter
unterbrechen den Stromfluss von den DI-Düsen zu den Stromsenken
niedrigen Potentials. L1 und L2 können zum Betrieb verschiedener
DI-Düsen in verschiedenen Zylindern benutzt werden, die 360° Phasenverschiebung
gemessen an der Position der Kurbelwelle haben; jedoch kann die
Phasendifferenz zwischen den Zylindern durch Auswahl von solchen
die nicht 360° Phasenverschiebung gemessen an der Position
der Kurbelwelle haben, angehoben oder abgesenkt werden, sollte dies
gewünscht sein.
-
Die
Abbildung zeigt das Einspritz-Timing für DI- und PFI-Düsen,
die zwei verschiedenen Zylindern eines Vierzylindermotors mit einer
Zündfolge von 1-3-4-3 betreiben. Die PFI-Düse
PFI4, eine Einspritzdüse für die Saugrohreinspritzung
die Treibstoff an Zylinder 4 liefert, ist mit DI-Düse DI1,
einer Einspritzdüse für die Direkteinspritzung
die Treibstoff an den Zylinder 1 liefert, durch die Verbindung beider Einspritzdüsen
zu dem Niedrigpotentialsteuerelement L1 gepaart. Folglich können
DI1 und PFI4 arbeiten und spritzen Treibstoff in deren dazugehörigen Zylinder,
wenn L1 einen Strompfad mit niedriger Impedanz zu einer Stromsenke
bietet. In gleicher Weise ist Einspritzdüse DI4 mit Einspritzdüse
PFI1 über die Niedrigpotentialschaltung L2 gepaart. Dies
erlaubt L2 DI4 und PFI1 zu betreiben, wenn L2 einen Strompfad mit
niedriger Impedanz zu einer Stromsenke niedrigen Potentials bereitstellt.
-
In
Region 706 ist die Schalterstellung von L1 hoch, was wiederum
den Stromfluss von den Einspritzdüsen DI1 und PFI4 in die
Stromsenke auf der niedrigen Potentialseite über diesen
ersten Strompfad erlaubt. In der Region 707 wird der Stromfluss zu
der Stromsenke niedrigeren Potentials unterbrochen um die Menge
an Strom, die durch DI1 fließt, zu erniedrigen. Der Stromfluss
zu der Stromsenke niedrigen Potentials wird in Region 708 gewährt,
in der L1 hoch gestellt wird, und damit leitet. L1 wird nach Region 708 niedrig,
um dem Stromfluss durch DI1 zu unterbrechen. Kurz darauf wird L1
wieder hoch und erlaubt die Fortsetzung des Stromflusses durch PFI4. Der
Stromfluss zu PFI4 wird jedoch unterbrochen bevor die Düse
DI4 beginnt Treibstoff einzuspritzen (714). L1 wird hoch
nachdem die Einspritzperiode von DI4 beendet ist, was wiederum die
Einspritzung von zusätzlichem Treibstoff durch die PFI4-Düse
erlaubt.
-
Der
Strom der von der Stromquelle höchsten Potentials geliefert
wird, wird über den Zustand eines Hochpotentialschalters
kontrolliert. Die Spur H1 gibt die Stellung dieses Schalters wieder.
Wenn H1 hoch ist, ist der Schalter geschlossen und Strom kann von der
Stromquelle durch einen ersten Strompfad zu jeder der Düsen
eines DI-Düsenpaares fließen. Das Signal H1 ist
kurz, weil es bloß dazu benutzt wird die DI-Düsen
anfänglich zu öffnen. Nachdem die Düsen offen
sind, wird Strom von der anderen Stromquelle benutzt um die DI-Düsen
in aktivem Status zu halten bis diese geschlossen werden. Bei 712 wird
eine erste DI-Düse geöffnet. Bei 714 wird
eine zweite DI-Düse geöffnet, zu einem anderen
Zeitpunkt als die erste DI-Düse. Die entsprechenden Hochpotential-Einspritzsignale 712 und 714 treten
bei 360° Phasenverschiebung auf; allerdings ist es möglich,
die DI- oder PFI-Einspritzungen weniger oder mehr als 360° Phasenverschoben
gemessen an der Position der Kurbelwelle einzusetzen, falls dies
gewünscht ist.
-
Die
zweite Stromquelle hohen Potentials wird über den Zustand
eines anderen Hochpotentialschalters H2 kontrolliert. H2 schließt
sich und erlaubt den Stromfluss zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt
wie der Schaltkreis H1 schließt. Der geschlossene Zustand
von H2 währt länger und wird modelliert, um den
Stromfluss zu den unabhängig voneinander aktivierten DI-Düsen
zu verringern. Wie H1 kann Strom über den Schalter H2 zu
zwei unabhängigen DI-Düsen, die verschiedenen
Zylindern angehören, fließen. In der Region 715 stellt
die zweite Quelle Strom zur Verfügung, um über
Düse DI1 Treibstoff einzuspritzen. In der Region 716 wird Hochpotentialschalter
H2 modelliert, um den Stromfluss zu Düse DI1 zu reduzieren.
-
Niedrigpotentialschalter
L2 folgt im Wesentlichen dem Vorbild von L1 aber ist im Vergleich
mit L1 360° Phasenverschoben gemessen an der Position der
Kurbelwelle. In Region 721 wird L2 auf offener Schalterstellung
gehalten, um die Düse PFI1 von der Treibstoffeinspritzung
abzuhalten, während DI1 Treibstoff einspritzt. In Region 722 wird
L2 hoch und gewährt den Stromfluss durch DI4 über
einen dritten Strompfad, der durch DI4 fließenden Strom
in eine Stromsenke ableitet. Bei 723 wird L2 niedrig, um
den Stromfluss durch L2 zu unterbrechen, bei 724 wird L2 hoch,
um einen Strompfad zu der Stromsenke niedrigen Potentials zu eröffnen.
-
Die
zu DI1 und DI4 gehörigen Flächen bezeichnen die
Einspritzdauer der DI-Düsen. Fläche 705 spiegelt
das erste Einspritzintervall der DI-Düse in Zylinder 1
wieder. Das Einspritzintervall startet zu dem Zeitpunkt, an dem
H1, H2 und L1 hoch werden. Wie oben beschrieben, leitet der Niedrigpotentialschalter
L1 während dem Zeitraum 706 und öffnet sich
kurz bei 707. Diese Stromunterbrechung stellt das Ende
der Phase, in der ein Anzugsstrom zu der Düse geliefert
wird, dar und den Anfang einer Stromstärkenreduktion in
der Haltephase. Bei 708 leitet der Niedrigpotentialschalter
wieder und die Düse wird in offener Position bei geringerer
Stromstärke gehalten. Die DI1-Einspritzphase endet und
der Treibstofffluss unterbricht wenn am Ende von Puls 708 H2
und L1 niedrig werden. Während dem Zeitraum, in dem DI1 Treibstoff
an Zylinder 1 liefert (705) wird Niedrigpotentialschalter
L2 offen gehalten, so dass Düse DI4 keinen Treibstoff in
Zylinder 4 einspritzt. Somit wird Düse DI4 davon abgehalten,
Treibstoff in Zylinder 4 während dessen Kompressions- und/oder
Ausblasschrittes einzuspritzen, während Düse DI1
Treibstoff in Zylinder 1 während dessen Ansaug- und/oder
Verdichtungsphase einspritzt. Region 705 wird nicht durch
die Niedrigperiode von L1 (707) unterbrochen. Der freilaufende
Strom hält die Düse während dieses Intervalls
geschlossen.
-
Während
der Einspritzperiode von DI1 spritzt DI-Düse PFI4 Treibstoff
in Zylinder 4 ein. PFI4 liefert Treibstoff während dem über
Fläche 701 dargestellten Zeitraum und aber setzt
nach Unterbrechung zum Zeitpunkt der über die Fläche 702 dargestellt
wird wieder ein. Nach neuerlicher Unterbrechung wird das Einspritzen
von Treibstoff über PFI4 während des durch Fläche 703 dargestellten
Zeit- bzw. Winkelintervalls der Kurbelwelle fortgesetzt. Dies entspricht der
Zeit oder dem Intervall der Kurbelwelle, an dem L1 hoch ist (709).
Es kann erkannt werden, dass Düse PFI4 unabhängig
davon ob L1 hoch oder niedrig ist deaktiviert werden kann, indem
die PFI-Stromquelle unterbrochen oder von den PFI-Düsen
abgekuppelt wird. Gleichermaßen können die DI-Düsen durch
das Offenhalten der Hochpotentialschalter deaktiviert werden. Die
Einspritzperiode von PFI4 wird unterbrochen, wenn der Niedrigpotentialschalter L1
bei 710 niedrig wird. Niedrigpotentialschalter L1 geht
rechtzeitig bevor die DI4-Düse angeregt wird und damit
bevor Treibstoff in Zylinder 4 von Düse DI4 eingespritzt
wird zurück in den niedrigen Zustand, um den Treibstofffluss
zu PFI4 zu unterbrechen. PFI4 beginnt während der Zeit/dem
Winkelintervall der Kurbelwelle 704 wieder Treibstoff in
das Ansaugrohr von Zylinder 1 einzuspritzen, wobei der Niedrigpotentialschalter
L1 wieder hoch wird.
-
Treibstoff
wird während dem durch Fläche 726 markierten
Zeitintervall/Winkelintervall der Kurbelwelle von Düse
DI4 direkt in Zylinder 4 eingespritzt. Während der Einspritzperiode
von DI4 schalten Hochpotentialschalter H1 und H2 ähnlich
der Situation in der Düse DI1 Treibstoff an Zylinder 1
liefert. Hochpotentialschalter H1 wird hoch während Intervall 714 und
wird dann niedrig, um den Stromfluss zu Düse DI4 einzuschränken.
Hochpotentialschalter H2 stellt Strom für Düse
DI4 während der Haltephase 720 bereit. Niedrigpotentialschalter
L2 leitet bei 722, hört bei 723 auf zu
leiten um den Stromfluss zu Düse DI4 zu verringern, und
beginnt bei 724 wieder zu leiten bis die Einspritzperiode
von DI4 endet.
-
Die
DI-Düse PFI1 spritzt während der Zeitintervalle/Winkelintervalle
der Kurbelwelle bezeichnet durch Flächen 727, 728, 729 und 730 Treibstoff
in das Saugrohr von Zylinder 1 ein. Ähnlich wie Düse PFI4
in Zylinder 4 kann die Düse PFI1 Treibstoff in das Saugrohr
von Zylinder 1 einspritzen, wenn der Niedrigpotentialschalter L2
hoch gezeigt wird und der Strom zu einer Stromsenke abgeleitet werden
kann. Dies erlaubt PFI1 die Einspritzung vor, während und nach
der Einspritzperiode von DI4. Folglich kann unter Verwendung von
gemeinsamen Steuereinheiten für über Saugrohreinspritzung
Treibstoff an einen Zylinder geliefert werden, während
Treibstoff direkt in einen anderen Zylinder eingespritzt wird.
-
Die
abgebildeten Zeitspannen sind dazu gedacht, die Abläufe
eines Zylinders im Zusammenhang mit den Signalen an die Einspritzdüsen
eines zweiten Zylinders auszudrücken. Daher können
Zeitfenster kürzer oder länger sein als dies abgebildet
ist, ohne den Umfang der beschriebenen Erfindung zu verlassen. Beispielswei se
können die Einspritzintervalle für die Direkteinspritzung
und die Einspritzintervalle für die Saugrohreinspritzung
verringert werden, wenn weniger Motorleistung verlangt wird. In
einem anderen Bespiel können die Einspritzintervalle für
die Direkteinspritzung gleich bleiben, während die Einspritzintervalle
für die Saugrohreinspritzung verringert werden. In einem
wieder anderen Beispiel kann die Einspritzdauer für die
Direkteinspritzung angehoben werden, während die Einspritzdauer
für die Saugrohreinspritzung verringert wird. In einem
wieder anderen Beispiel kann die Einspritzdauer für die Direkteinspritzung
verringert werden, während die Einspritzdauer für
die Saugrohreinspritzung erhöht wird.
-
Es
wird festgestellt, dass während den oben beschriebenen
Einspritzintervallen Treibstoffe mit hoher Oktanzahl, wie beispielsweise
Ethanol, Alkohol, Propan oder Methan während der Einspritzdauer
für Direkt- und/oder Saugrohreinspritzung in einen Zylinder
eingespritzt werden können. Treibstoffe mit einer hohen
Verdampfungswärme (d. h. Ethanol und Propan) können
ebenfalls entweder in das Saugrohr oder direkt in den Zylinder eingespritzt
werden, um die Vorteile der Saugrohr- oder Zylinderkühlung
zu erreichen (d. h. weniger Klopfen oder höhere Ladungsdichte).
Treibstoffe mit einer geringeren Oktanzahl und höherer
Tendenz, Motorklopfen zu verursachen, können auch eingespritzt
werden, um homogene Kompressionszündung (HCCI) zu ermöglichen, falls
dies gewünscht sein sollte.
-
8 zeigt
eine Einspritzsequenz eines gegenständlichen Einspritzsystems,
das auf einem Vierzylindermotor eingestellt ist. Die Zuordnungen der
Signale werden auf der linken Seite der Abb. gezeigt. Zeitabläufe
der Direkteinspritzung für Zylinder 1 bis 4 sind mit DI1
bis DI4 gekennzeichnet. Zeitabläufe für die Saugrohreinspritzung
für Zylinder 1 bis 4 sind mit PFI1 bis PFI4 gekennzeichnet.
Die Positionen jedes Zylinders unter Bezugnahme auf die Stellung
des einzelnen Zylinders am Ende der Kompressionsphase sind direkt
unterhalb jedes zu den korrespondierenden Zylindern gehörigen
Kontrollsignals der Einspritzdüsen gezeigt. Die Zahlen
entsprechen den vertikalen Markierungen rechts von ihrer Nummer.
Der Zeitablauf geht von links nach rechts.
-
8 zeigt
die simulierten Beispiele für die zeitliche Abfolge von
Einspritzphasen durch DI- und PFI-Einspritzdüsen, die in
einer Anordnung gemäß 5 zusammengesetzt
sind und mit der Methode gemäß 2 für
einen Vierzylindermotor betrieben werden. Wenn eines der gezeigten
Signale hoch ist, wird Treibstoff eingespritzt. Dieses Intervall
entspricht dem Zeitraum, in dem der zugehörige Schalter
des Einspritzdüsensteuerelements niedrig wird und die Einspritzdüse über
einen Strompfad mit einer Stromquelle oder einer Stromsenke verbunden
wird.
-
Die
erste gänzlich gezeigte Einspritzperiode für DI1
ist mit der Nummer 801 beschriftet. Wenn DI1 hoch ist,
wird Treibstoff direkt in Zylinder 1 eingespritzt. Der Zeitablauf
für die Einspritzung über DI1 ist so geartet,
dass Einspritzung während der Ansaug- und Kompressionsphasen
des Arbeitszyklus von Zylinder 1 erfolgt. Es kann entnommen werden,
dass PFI4 während der Einspritzphase von DI1 Treibstoff in
das Saugrohr von Zylinder 4 einspritzt. Dies tritt auf weil der
DI1 und PFI4 kontrollierende Niedrigpotentialschalter geschlossen
ist, was wiederum den Stromfluss durch DI1 und PFI4 erlaubt. Gleichsam
ist die PFI1-Düse über denselben Niedrigpotentialschalter an
eine Stromsenke gekoppelt wie DI4. Resultierend daraus ist die erste
Injektionsperiode von PFI1 (803) über einen Niedrigpotentialschalter,
der von beiden Düsen geteilt wird, mit der Einspritzperiode 809 von DI4
verknüpft. In ähnlicher Art und Weise verhalten sich
die Einspritzperiode von D3 (805) und die Einspritzperiode
von PFI2 (815) sowie die Einspritzperiode von DI2 (813)
und die Einspritzperiode von PFI3 (807) zueinander, da
alle einen Niedrigpotentialschalter teilen. Folglich zeigt 8 ein
Beispiel für das Verhältnis zwischen den einzelnen
Einspritzperioden der Zylinder in einem Motor der verschiedene Einspritzdüsen,
die ihrerseits ähnlich der Einstellung beschrieben in 5 eingestellt
sind, verwendet. Es ist jedoch denkbar dass die Längen
der Einspritzperioden aus 8 vergrößert
oder verkleinert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
-
Die
Methoden, Routinen und Anordnungen wie sie hier beschrieben werden
sind beispielhaft und können nicht als abgeschlossen erachtet
werden, weil viele Variationen davon möglich sind. Beispielsweise
ist es denkbar, dass die oben offenbar ten Dinge auf I3-, I4-, I5-,
V6-, V8-, V10- und V12-Motoren, die mit Ergas, Benzin, Diesel oder
alternativen Brennstoffen angewandt werden kann.
-
Die
nachfolgenden Ansprüche sollen einige Kombinationen, die
als neu und erfinderisch angesehen werden, darlegen. Bestimmte Ansprüche
können zu „einem” Bauteil oder „einem
ersten” Bauteil oder ähnlichem Bezug nehmen. Solche
Ansprüche sollten so verstanden werden, dass ein oder mehrere
Bausteine weder notwendigerweise vorhanden sein müssen
noch notwendigerweise zwei oder mehr Bausteine ausgeschlossen sind.
Andere Variationen oder Kombinationen der Ansprüche können
durch Änderung der gegenständlichen Ansprüche
oder durch Vorlage neuer Ansprüche in einer verwandten
Anmeldung beansprucht werden. Der Inhalt dieser Ansprüche
soll als im Inhalt dieser Beschreibung offenbart angesehen werden.
-
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 Patentliteratur
-