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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzung in
einem Fahrzeug und insbesondere die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung.
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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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Verbrennungsmotoren
verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben
anzutreiben. Wenn eine Luftströmung
in den Motor zunimmt oder abnimmt, passt ein Kraftstoffsteuersystem
eine Kraftstoffmenge an, die eingespritzt wird, um ein gewünschtes
Luft/Kraftstoffgemisch an die Zylinder zu liefern.
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Nun
auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm
eines Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist
einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt.
Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 gesaugt.
Ein Steuermodul 114 befehligt ein Drosselaktuatormodul 116,
um das Öffnen
des Drosselventils 112 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern,
die in den Einlasskrümmer 110 gesaugt wird.
Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter
Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 117 überwachen.
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Luft
aus dem Einlasskrümmer 110 wird
in Zylinder des Motors 102 gesaugt. Obgleich der Motor 102 mehrere
Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner
repräsentativer
Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2,
3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen.
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Luft
aus dem Einlasskrümmer 110 wird
durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das
Steuermodul 114 steuert die Kraftstoffmenge, die durch
ein Kraftstoff-Einspritzungssystem 124 eingespritzt wird.
Das Kraftstoff-Einspritzungssystem 124 kann Kraftstoff
an einem zentralen Ort in den Einlasskrümmer 110 einspritzen,
oder es kann Kraftstoff an mehreren Orten in den Einlasskrümmer 110 einspritzen,
wie beispielsweise in der Nähe
des Einlassventils jedes der Zylinder. Alternativ kann das Kraftstoff-Einspritzungssystem 124 Kraftstoff
direkt in die Zylinder einspritzen.
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Der
eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und erzeugt
ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben
(nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Basierend
auf einem Signal von dem Steuermodul 114 tritt eine Zündung des
Luft/Kraftstoffgemischs auf. Der Zeitpunkt der Zündung kann relativ zu einer Zeit
spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an einer obersten Position befindet
(bezeichnet als oberer Totpunkt (TDC)), ein Punkt, an dem die Kompression des
Luft/Kraftstoffgemischs maximiert ist.
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Die
Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben abwärts (d.
h. startet einen Verbrennungstakt), wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht
gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben treibt Nebenprodukte der Verbrennung
während
eines nachfolgenden Auslasstakts durch ein Auslassventil 130 heraus.
Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus
dem Fahrzeug ausgestoßen.
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Ein
Motorkühlmittel
wird verwendet, um den Motor zu kühlen. Eine Temperatur des Motorkühlmittels
kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors
(ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann
in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein,
an denen das Kühlmittel
zirkuliert, wie z. B. einem Kühler (nicht
gezeigt).
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Nachdem
der Kolben den TDC erreicht (d. h. nach dem Auslasstakt), wird das
Luft/Kraftstoffgemisch während
eines Einlasstakts in den Zylinder 1–18 eingespritzt. Nach einer
unteren Totpunktposition (BDC-Position) wird das Luft/Kraftstoffgemisch während eines
Verbrennungstakts komprimiert. Wenn der Kolben den TDC erreicht,
zündet
ein Zündfunken
das komprimierte Luft/Kraftstoffgemisch.
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Während des
Verbrennungsprozesses nimmt die Temperatur des Kolbens signifikant
zu. Verfahren, die verwendet werden, um den Kolben zu kühlen, können ein
Anreichern des Luft/Kraftstoffgemischs und/oder ein Hinzufügen von
Kolben-Spritzeinrichtungen umfassen. Kolben-Spritzeinrichtungen sprühen Öl an einen
Rand des Kolbens.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Motorsystem umfasst ein Temperaturermittlungsmodul, ein Temperaturvergleichsmodul
und ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul. Das Temperaturermittlungsmodul
ermittelt eine Motortemperatur. Das Temperaturvergleichsmodul vergleicht
die Motortemperatur und einen Temperaturschwellenwert.
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Das
Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul passt einen Zeitpunkt einer
Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem Vergleich von einem ersten
Bereich eines Einlasstakts in einen zweiten Bereich des Einlasstakts
an. Der erste Bereich und der zweite Bereich überlappen nicht. Gemäß weiteren
Merkmalen umfasst der zweite Bereich einen oberen Totpunkt (TDC)
des Einlasstakts.
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Gemäß anderen
Merkmalen umfasst die Motortemperatur eine Kolbentemperatur. Gemäß weiteren
Merkmalen wird die Kolbentemperatur basierend auf einer Motorkühlmitteltemperatur
geschätzt.
Gemäß anderen
Merkmalen passt das Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul den Zeitpunkt
der Kraftstoffeinspritzung von dem zweiten Bereich in den ersten
Bereich an, wenn die Temperatur unter einen zweiten Temperaturschwellenwert
fällt.
Gemäß weiteren
Merkmalen ist der zweite Temperaturschwellenwert dem Temperaturschwellenwert
gleich.
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Ein
Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts umfasst,
dass eine Motortemperatur ermittelt wird; dass die Motortemperatur
und ein Temperaturschwellenwert verglichen werden; und dass ein
Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem Vergleich
von einem ersten Bereich eines Einlasstakts in einen zweiten Bereich
des Ein lasstakts angepasst wird. Der erste Bereich und der zweite
Bereich überlappen
nicht.
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Gemäß weiteren
Merkmalen umfasst der zweite Bereich einen oberen Totpunkt (TDC)
des Einlasstakts. Gemäß anderen
Merkmalen umfasst die Motortemperatur eine Kolbentemperatur. Gemäß weiteren
Merkmalen umfasst das Verfahren zum Steuern des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts
ferner, dass die Kolbentemperatur basierend auf einer Motorkühlmitteltemperatur
geschätzt
wird.
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Gemäß anderen
Merkmalen umfasst das Verfahren zum Steuern des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts
ferner, dass der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung von dem zweiten
Bereich in den ersten Bereich angepasst wird, wenn die Temperatur
unter einen zweiten Temperaturschwellenwert fällt. Gemäß weiteren Merkmalen ist der
zweite Temperaturschwellenwert dem Temperaturschwellenwert gleich.
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Weitere
Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der
nachstehend vorgesehenen ausführlichen
Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche
Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken
gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der
begleitenden Zeichnungen verständlicher
werden, wobei:
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1 ein
Funktionsblockdiagramm eines Motorsystems 100 gemäß dem Stand
der Technik ist;
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2 eine
graphische Darstellung eines beispielhaften Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts 200 gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist;
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3 ein
Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines
Motorsystems 300 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung ist; und
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4 ein
Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte eines Verfahrens zum
Steuern eines Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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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 Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit
oder Verwendungen einzuschränken.
Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen
verwendet, um ähnliche
Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung
A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches
(A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen
Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines
Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden
können,
ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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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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In
der vorliegenden Offenbarung wird ein Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung
dann, wenn eine Temperatur eines Kolbens oberhalb eines Schwellenwerts
liegt, derart angepasst, dass Kraftstoff eingespritzt wird, wenn
sich der Kolben näher
an dem TDC befindet. Der Kraftstoff wird direkt auf den Kolben eingespritzt.
Dadurch, dass der Kraftstoff direkt auf den Kolben eingespritzt
wird, wenn sich der Kolben näher
an dem TDC befindet, berührt
der Kraftstoff den Kolben. Wenn der Kraftstoff verdampft, nimmt
die Kolbentemperatur ab.
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Nun
auf 2 Bezug nehmend, ist eine graphische Darstellung
eines beispielhaften Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts 200 gezeigt.
Anfänglich
kann der Kraftstoff während
eines ersten Zeitabschnitts 202 eines Einlasstakts 204 eingespritzt
werden. Das Einspritzen von Kraftstoff während des ersten Zeitabschnitts 202 kann
die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Emissionen optimieren.
Lediglich beispielhaft kann der erste Zeitabschnitt eine Zeitdauer
umfassen, in der sich der Kolben zwischen 280° und 315° befindet. Der Kraftstoff kann
während
des ersten Zeitabschnitts 202 des Einlasstakts 204 eingespritzt werden,
bis die Kolbentemperatur größer als
ein erster Temperaturschwellenwert oder diesem gleich ist.
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Die
Kolbentemperatur kann direkt an dem Kolben oder indirekt gemessen
werden, beispielsweise indem sie basierend auf einer Motorkühlmitteltemperatur,
einer Einlasslufttemperatur und/oder einer RPM-Modellierung ermittelt
wird. Die Motorkühlmitteltemperatur
kann unter Verwendung des ECT-Sensors 182 gemessen werden.
Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder
an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert.
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Wenn
die gemessene Temperatur des Kolbens größer als der erste Temperaturschwellenwert oder
diesem gleich ist, kann das Steuermodul 114 den Einspritzungszeitpunkt
in einen zweiten Zeitabschnitt 206 des Einlasstakts 204 vorverstellen.
Der zweite Zeitabschnitt 206 ist eine Zeitdauer, in der
sich der Kolben näher
an dem TDC des Einlasstakts 204 befindet. Lediglich beispielhaft
kann der zweite Zeitabschnitt 206 eine Zeitdauer umfassen,
in der sich der Kolben zwischen 350° und 360° befindet. Bei verschiedenen
Implementierungen kann der zweite Zeitabschnitt 206 vor
dem Einlasstakt 204 beginnen.
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Der
Kraftstoff kann während
des zweiten Zeitabschnitts 206 eingespritzt werden, bis
die Temperatur des Kolbens einen zweiten Temperaturschwellenwert
erreicht, der kleiner als der erste Temperaturschwellenwert ist.
Bei verschiedenen Implementierungen können der erste und der zweite
Temperarturschwellenwert gleich sein.
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Nun
auf 3 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm
einer beispielhaften Implementierung eines Motorsystems 300 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Steuermodul 302 umfasst
ein Temperaturermittlungsmodul (TDM) 304, das eine Kolbentemperatur
ermittelt. Lediglich beispielhaft kann die Kolbentemperatur unter
Verwendung eines Temperatursensors, wie beispielsweise eines Thermoelements,
eines Infrarot- und Mikrowellen-Telemetriesystems, eines Algorithmus,
einer Nachschlagetabelle und/oder basierend auf der ECT ermittelt
werden. Ein Temperaturvergleichsmodul 306 empfängt die
Kolbentemperatur und vergleicht die Kolbentemperatur mit dem ersten Temperaturschwellenwert.
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Das
Temperaturvergleichsmodul 306 ermittelt basierend auf dem
Temperaturvergleich, wann Kraftstoff eingespritzt werden soll. Wenn
die gemessene Temperatur den ersten Temperaturschwellenwert erreicht
hat, wird der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt in den zweiten Zeitabschnitt 206 angepasst. Das
Temperaturvergleichsmodul 306 kann basierend auf der Ermittlung
einem Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul 308 mitteilen,
wann Kraftstoff eingespritzt werden soll. Der Kraftstoff kann während des
zweiten Zeitabschnitts 206 eingespritzt werden, bis die
gemessene Temperatur auf den zweiten Temperaturschwellenwert gefallen
ist.
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Wenn
die Temperatur unter den zweiten Temperaturschwellenwert fällt, wird
der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt in den ersten Zeitabschnitt 202 angepasst.
Das Temperaturvergleichsmodul 306 kann dem Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul 308 mitteilen,
dass eine Kraftstoffeinspritzung während des ersten Zeitabschnitts 202 gewünscht ist.
Das Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul 308 steuert das Kraftstoffeinspritzungssystem 124,
um Kraftstoff basierend auf der Mitteilung einzuspritzen.
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Nun
auf 4 Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm gezeigt,
das beispielhafte Schritte eines Verfahrens zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts
darstellt. Die Steuerung beginnt bei Schritt 400, bei dem
der Motor gestartet wird. Bei Schritt 402 spritzt die Steuerung
Kraftstoff während des
ersten Zeitabschnitts eines Einlasstakts ein. Bei Schritt 404 wartet
die Steuerung auf den nächsten Einlasszyklus,
um zu beginnen. Bei Schritt 406 ermittelt die Steuerung
die Temperatur des Kolbens.
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Bei
Schritt 408 vergleicht die Steuerung die ermittelte Temperatur
mit einem ersten Temperaturschwellenwert. Der erste Temperaturschwellenwert kann
der Auslösepunkt
für die
Anpassung der Kraftstoffeinspritzung von dem ersten Zeitabschnitt
in den zweiten Zeitabschnitt sein. Wenn die gemessene Temperatur
größer als
der erste Temperaturschwellenwert oder diesem gleich ist, geht die
Steuerung zu Schritt 410 über; ansonsten geht die Steuerung
zu Schritt 412 über.
Bei Schritt 410 spritzt die Steuerung den Kraftstoff während des
zweiten Zeitabschnitts ein und kehrt zu Schritt 404 zurück.
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Bei
Schritt 412 vergleicht die Steuerung die gemessene Temperatur
mit einem zweiten Temperaturschwellenwert, der kleiner als der erste
Temperaturschwellenwert ist. Wenn die gemessene Temperatur kleiner
als der zweite Temperaturschwellenwert oder diesem gleich ist, dann
kehrt die Steuerung zu Schritt 402 zurück; ansonsten kehrt die Steuerung
zu Schritt 404 zurück.
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Fachleute
können
nun anhand der vorstehenden Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren
der Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden
können.
Während
diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, 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 können.