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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Motoren mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motoren) und insbesondere Verfahren zum Starten von SIDI-Motoren.
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HINTERGRUND
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Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
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Motoren mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motoren) weisen eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und eine erhöhte Leistung gegenüber herkömmlichen Einlasskanal-eingespritzten Verbrennungsmotoren auf. Ein Kraftstoff-Einspritzsystem für einen SIDI-Motor wird bei einem hohen Druck betrieben, um Kraftstoff direkt in Verbrennungskammern zu sprühen. Eine Kraftstoffpumpe zum Liefern von Kraftstoff an eine Kraftstoffleiste bei hohem Druck kann mechanisch durch den Motor angetrieben werden. Während eines Motor-Kaltstarts weist der Motor möglicherweise nicht genügend Leistung auf, um die Kraftstoffpumpe anzutreiben, um den gewünschten hohen Druck zu erzeugen. Ferner benötigt der Motor im Allgemeinen bei einem Kaltstart ein fetteres Luft/Kraftstoffgemisch, um konstante Drehzahlen aufrechtzuerhalten, und er benötigt daher einen sogar höheren Kraftstoffdruck. Die Kraftstoffpumpe des SIDI-Motors ist möglicherweise nicht in der Lage, die Kraftstoffanforderung bei einem Motor-Kaltstart zu erfüllen. Eine Kraftstoffpumpe mit einer größeren Kapazität kann das Leistungsvermögen des SIDI-Motors bei einem Kaltstart verbessern, während die Herstellungskosten des Motors erhöht werden.
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Aus der
DE 10 2008 046 295 A1 ist ein Motoranlasssystem bekannt, bei dem einzelne Zylinder für den Fall nicht ausreichender Pumpleistung einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe deaktiviert werden. Als Kriterium für die Zylinderabschaltung wird generell der Anlassvorgang und speziell die dabei herrschende Temperatur herangezogen. Die
DE 10 2007 016 764 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem im Startfall Zylinder nach einem bestimmten Muster deaktiviert werden, um einen gewünschten Druckaufbau in der Kraftstoffsammelleitung zu erreichen. Die Ermittlung einer nötigen Durchflussmenge und eine Anpassung der Pumpleistung für eine Kraftstoffpumpe ist in der
DE 44 46 277 A1 offenbart.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, kostengünstigere Kraftstoffsteuerung für den Kaltstart von SIDI-Motoren zu schaffen, die ohne Erhöhung der Kraftstoffpumpenkapazität für eine ausreichende Pumpleistung sorgt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kaltstart-Steuermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Ein Kaltstart-Steuermodul für einen Motor mit Direkteinspritzung gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Kraftstoffdurchsatz-Ermittlungsmodul und ein Modul zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung. Das Kraftstoffdurchsatz-Ermittlungsmodul ermittelt einen angeforderten Kraftstoffdurchsatz. Das Modul zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung deaktiviert mindestens einen von Zylindern, wenn der angeforderte Kraftstoffdurchsatz einen maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe während eines Kaltstarts überschreitet.
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Gemäß anderen Merkmalen ermittelt das Ermittlungsmodul für die Aktivierung/Deaktivierung basierend auf dem angeforderten Kraftstoffdurchsatz und dem maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe eine Anzahl der Zylinder, die für eine Deaktivierung benötigt werden. Der maximale Kraftstoffdurchsatz ist einer Motordrehzahl direkt proportional. Das Modul zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung deaktiviert die Anzahl von Zylindern, wenn die Motordrehzahl unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Das Kraftstoffdurchsatz-Ermittlungsmodul ermittelt ein Kraftstoff-Aquivalenzverhältnis (EQR) basierend auf einer Kraftstoffdurchsatz-Anforderung.
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Ein Verfahren zum Starten eines Motors mit Direkteinspritzung umfasst gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung, dass ein angeforderter Kraftstoffdurchsatz ermittelt wird und dass zumindest einer der Zylinder deaktiviert wird, wenn der angeforderte Kraftstoffdurchsatz einen maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe während eines Kaltstarts überschreitet.
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Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der hierin vorgesehenen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise einzuschränken.
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1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsystems, das gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Kaltstart-Steuermodul aufweist;
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2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Steuermoduls, das gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Kaltstart-Steuermodul umfasst; und
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3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Starten eines SIDI-Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Es versteht sich, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Während eines Kaltstarts ermittelt ein SIDI-Motorsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung einen angeforderten Kraftstoffdurchsatz und deaktiviert zumindest einen Motorzylinder basierend auf dem angeforderten Kraftstoffdurchsatz und einem maximalen Kraftstoffdurchsatz einer Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff mit hohem Druck an eine Kraftstoffleiste liefert. Mit einer verringerten Anzahl von aktivierten Zylindern liefert die Kraftstoffpumpe mehr Kraftstoff an die aktivierten Zylinder, um die hohe Kraftstoffanforderung bei dem Kaltstart zu erfüllen.
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Auf 1 Bezug nehmend, umfasst ein Motorsystem 10 gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung einen Motor 12, ein Kraftstoffsystem 14, ein Einlasssystem 16, ein Zündungssystem 18 und ein Abgassystem 20.
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Das Kraftstoffsystem 14 liefert Kraftstoff an den Motor 12. Der Motor 12 ist ein System mit Direkteinspritzung, bei dem Kraftstoff direkt und bei einem hohen Druck in eine Verbrennungskammer eines Zylinders eingespritzt wird. Das Einlasssystem 16 liefert Luft an den Motor 12. Das Zündungssystem 18 liefert einen Zündfunken, um das Kraftstoff- und Luftgemisch in der Verbrennungskammer des Motors 12 zu zünden. Die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs in dem Motor 12 liefert Energie, die an ein Getriebe (nicht gezeigt) übertragen wird, und sie produziert gleichzeitig Abgas. Das Abgas verlässt den Motor 12 durch das Abgassystem 20.
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Das Kraftstoffsystem 14 umfasst eine Kraftstoffpumpe 22, eine Kraftstoffleiste 24, ein Einspritzsystem 26, eine Kraftstoffleitung 28 und einen Drucksensor 30. Eine Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) treibt die Kraftstoffpumpe 22 durch einen Nockenwellenmechanismus 32 an. Die Kraftstoffpumpe 22 ist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff mit hohem Druck durch die Kraftstoffleitung 28 an die Kraftstoffleiste 24 liefert. Die Kraftstoffpumpe 22 steuert eine Kraftstoffmassenquantität, die zu der Kraftstoffleiste 24 strömt, indem die Kraftstoffmassenquantität eingestellt wird, die in einem Kolbenzylinder der Kraftstoffpumpe 22 eingeschlossen ist. Die Kraftstoffpumpe 22 kann lediglich beispielhaft einen Kraftstoffleistendruck in dem Bereich von 6 MPa bis über 20 MPa liefern.
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Die Kraftstoffleiste 24 liefert den Kraftstoff mit hohem Druck an das Einspritzsystem 26. Das Einspritzsystem 26 umfasst mehrere Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen (nicht gezeigt), die mit der Kraftstoffleiste 24 in Verbindung stehen und Kraftstoff sequentiell und direkt an die Verbrennungskammern der Zylinder liefern. Der Drucksensor 30 ist an der Kraftstoffleiste 24 vorgesehen, um den Leistendruck zu überwachen.
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Ein Steuermodul 40 umfasst ein Kaltstart-Bewertungsmodul 42 und ein Kaltstart-Steuermodul 44. Das Kaltstart-Bewertungsmodul 42 empfängt Daten von mehreren Sensoren (nicht gezeigt) und bewertet, ob eine Kaltstartbedingung vorliegt. Lediglich beispielhaft kann eine Kaltstartbedingung vorliegen, wenn sich Katalysatoren in dem Abgassystem 20 unterhalb einer Schwellenwerttemperatur befinden. Wenn eine Kaltstartbedingung vorliegt, wird das Kaltstart-Steuermodul 42 aktiviert.
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Auf 2 Bezug nehmend, umfasst das Kaltstart-Steuermodul 44 ein Kraftstoffdurchsatz-Ermittlungsmodul 46, ein Ermittlungsmodul 48 für eine Aktivierung/Deaktivierung und ein Modul 50 zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung. Das Kraftstoffdurchsatz-Ermittlungsmodul 46 ermittelt einen angeforderten Kraftstoffdurchsatz für jeden Zylinder basierend auf Motorparametern. Spezieller ermittelt das Kraftstoffdurchsatz-Ermittlungsmodul 46 ein angefordertes Äquivalenzverhältnis (EQR) basierend auf einer Kraftstoffdurchsatz-Anforderung von dem Steuermodul 40.
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Das Äquivalenzverhältnis (EQR) bezieht sich auf ein Verhältnis eines befohlenen Kraftstoff/Luftverhältnisses zu einem stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnis. Das stöchiometrische Kraftstoff/Luftverhältnis bezieht sich auf ein Kraftstoff/Luftverhältnis, bei dem der Kraftstoff vollständig oxidiert wird. Wenn das angeforderte EQR größer als 1 ist, wird ein Kraftstoff-Luftgemisch angefordert, das fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist. Wenn das angeforderte EQR kleiner als 1 ist, wird ein Kraftstoff-Luftgemisch angefordert, das magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Das EQR liefert eine Angabe eines Prozentanteils von überschüssigem Kraftstoff, um den der Kraftstoffanteil größer als bei einer stöchiometrischen Kraftstoffzufuhr ist. Beispielsweise bedeutet ein EQR von 1,146, dass der Motor 14,6% mehr Kraftstoff benötigt, als für eine stöchiometrische Verbrennung benötigt wird. Für einen Motor mit Direkteinspritzung kann das EQR in einem Zustand maximaler Leistung und mit eingeschaltetem Katalysatorschutz in dem Bereich von 1,3 bis 1,8 liegen.
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Das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung vergleicht das angeforderte EQR mit der Kapazität (d. h. dem maximalen Kraftstoffdurchsatz) der Kraftstoffpumpe und ermittelt, ob das angeforderte EQR den maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe 22 bei einer speziellen Motordrehzahl überschreitet. Der maximale Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe ist einer Motordrehzahl direkt proportional. Während eines Kaltstarts kann ein fettes Kraftstoff/Luftgemisch angefordert werden, um das Starten des Motors zu unterstützen. Der maximale Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe kann bei niedrigen Motordrehzahlen zu niedrig sein, um den angeforderten Kraftstoffdurchsatz zu liefern. Wenn das angeforderte EQR den maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe 22 bei einer speziellen Motordrehzahl überschreitet, ist eine Deaktivierung von Zylindern erforderlich. Das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung ermittelt basierend auf dem angeforderten EQR und dem maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe 22 die Anzahl von Zylindern, die deaktiviert werden sollen. Das Modul 50 zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung schließt einige der Einspritzeinrichtungen und deaktiviert die zugeordneten Zylinder. Da die Kraftstoffpumpe 22 Kraftstoff nur an einige der Zylinder liefert, kann die Kraftstoffpumpe 22 mehr Kraftstoff an jeden aktiven Zylinder liefern, um die hohe Kraftstoffanforderung zu erfüllen.
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Das angeforderte EQR kann sich während eines Kaltstarts ändern. Der maximale Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe schwankt ebenso mit den Motordrehzahlen. Daher kann das Kraftstoffdurchsatz-Ermittlungsmodul 46 ein angefordertes EQR in regelmäßigen Intervallen ermitteln, und das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung kann das angeforderte EQR in regelmäßigen Intervallen mit dem maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe vergleichen. Ein Überwachen des angeforderten EQR und des maximalen Kraftstoffdurchsatzes in regelmäßigen Intervallen stellt sicher, dass die Anzahl der gegenwärtig aktiven Zylinder dem maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe entspricht. Wenn das angeforderte EQR den maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe nicht überschreitet, ermittelt das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung, ob einige der bereits deaktivierten Zylinder aktiviert werden sollten, um das Starten des Motors zu unterstützen, und es ermittelt die Anzahl von Zylindern, die aktiviert werden sollten. Das Modul 50 zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung aktiviert dann einige der deaktivierten Zylinder, um das angeforderte EQR zu erreichen, ohne den maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe zu überschreiten. Das Modul 50 zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung fährt in Abhängigkeit von dem ständig überwachten EQR und dem maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe damit fort, die deaktivierten Zylinder zu aktivieren, bis alle Zylinder für einen normalen Betrieb aktiviert sind. Wenn der Motor normal arbeitet, hat der Motor eine ausreichende Motordrehzahl erreicht (d. h. oberhalb einer Schwellenwertdrehzahl), um genügend Leistung an die Kraftstoffpumpe zu liefern. Infolgedessen kann die Kraftstoffpumpe 22 den angeforderten hohen Druck erzeugen, um die Kraftstoffanforderung während eines normalen Motorbetriebs zu erfüllen.
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Das Kaltstart-Steuermodul 44 gemäß der vorliegenden Offenbarung weist den Vorteil auf, die Kraftstoffauswahl zu verbessern. Herkömmliche Motoren mit Direkteinspritzung sind ausschließlich für Benzin ausgestaltet. Die Hardware und die Software, die herkömmlichen Motoren zugeordnet ist, funktioniert möglicherweise nur für einen kleinen Bereich von Luft/Kraftstoffverhältnissen gut. Um unterschiedliche Typen von Kraftstoffen zu verwenden, kann es ein Motor erfordern, in einem weiten Bereich von Luft/Kraftstoffverhältnissen betrieben zu werden.
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Wenn beispielsweise Ethanol 85 verwendet wird, kann der Motor ein fetteres Luft/Kraftstoffverhältnis benötigen (lediglich beispielhaft 27–30% mehr Kraftstoff), als wenn Benzin unter ähnlichen Bedingungen verwendet wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 des herkömmlichen Motors weist möglicherweise nicht die Kapazität auf, während eines normalen Betriebs und eines Kaltstarts fetten Kraftstoff zu liefern. Mit dem Kaltstart-Steuermodul 44 der vorliegenden Offenbarung können jedoch einige der Zylinder deaktiviert werden, um den übrigen aktiven Zylindern zu ermöglichen, mehr Kraftstoff zu empfangen, um die höheren Kraftstoffanforderungen zu erfüllen. Somit kann der Motor 12 in einem weiten Bereich von Kraftstoff/Luftverhältnissen betrieben werden, und er kann daher unter Verwendung einer Vielzahl von Kraftstoffen betrieben werden, ohne die Hardwareausgestaltung zu ändern oder die Kapazität der Kraftstoffpumpe zu erhöhen.
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Auf 3 Bezug nehmend, startet ein Verfahren 80 zum Starten eines SIDI-Motors bei Schritt 82. Das Kaltstart-Bewertungsmodul 42 ermittelt bei Schritt 84, ob sich der Motor in Kaltstartbedingungen befindet. Wenn sich der Motor in Kaltstartbedingungen befindet, wird bei Schritt 86 das Kaltstart-Steuermodul 44 aktiviert. Das Kraftstoffdurchsatz-Ermitt-lungsmodul 46 ermittelt bei Schritt 88 einen angeforderten Kraftstoffdurchsatz (oder ein angefordertes EQR) basierend auf einer Kraftstoffdurchsatz-Anforderung. Das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung ermittelt bei Schritt 90 basierend auf dem angeforderten EQR, ob die Kraftstoffpumpe 22 die Kraftstoffanforderung erfüllen kann. Wenn die Kraftstoffpumpe 22 die Kraftstoffanforderung nicht erfüllen kann, ermittelt das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung bei Schritt 92 eine Anzahl von Zylindern, die deaktiviert werden müssen. Das Modul 50 zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung deaktiviert bei Schritt 94 einige der Zylinder.
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Das Verfahren 80 kehrt zu Schritt 88 zurück, um ein angefordertes EQR weiterhin basierend auf Motorparametern zu ermitteln. Wenn die Kraftstoffpumpe die Kraftstoffanforderung bei Schritt 90 erfüllt, ermittelt das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung bei Schritt 96, ob einige der Zylinder in einem deaktivierten Zustand sind. Das Ermittlungsmodul 48 für die Aktivierung/Deaktivierung ermittelt ebenso bei Schritt 98, ob einige der deaktivierten Zylinder aktiviert werden müssen. Das Modul 50 zur Zylinder-Aktivierung/Deaktivierung aktiviert bei Schritt 100 einige der deaktivierten Zylinder, um dem maximalen Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffpumpe zu entsprechen. Wenn bei Schritt 102 nicht alle Zylinder aktiv sind, kehrt das Verfahren 80 zu Schritt 88 zurück, um weiterhin ein angefordertes EQR zu ermitteln, und es steuert die Aktivierung/Deaktivierung von Zylindern, bis alle Zylinder aktiv sind. Wenn bei Schritt 102 alle Zylinder aktiv sind, arbeitet der Motor bei Schritt 104 normal. Das Verfahren 80 endet bei Schritt 106.
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Fachleute können nun anhand der vorstehenden Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Während diese Offenbarung in Verbindung mit speziellen Beispiele von diesen beschrieben wurde, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.
