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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Motorsystem, bei dem eine Kolbentemperatur durch eine zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird.
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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 118 eingespritzt.
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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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Aus der
DE 100 42 551 A1 ist ein Motorsystem bekannt, das eine Motortemperatur ermittelt, mit einem Temperaturschwellenwert vergleicht und einen Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung basierend auf diesem Vergleich von einem ersten Bereich eines Einlasstakts in einen zweiten Bereich des Einlasstakts anpasst, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich nicht überlappen, der zweite Bereich jedoch von einem oberen Totpunkt des Einlasstakts weiter entfernt ist als der erste Bereich.
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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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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Motorsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem keine solchen Kolben-Spritzeinrichtungen und keine Anreicherung des Luft/Kraftstoffgemischs erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Motorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Ein Motorsystem umfasst ein Temperaturermittlungsmodul, ein Temperaturvergleichsmodul und ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul. Das Temperaturermittlungsmodul ermittelt eine Kolbentemperatur. Das Temperaturvergleichsmodul vergleicht die Kolbentemperatur und einen Temperaturschwellenwert.
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Das Kraftstoffeinspritzungs-Steuermodul passt einen Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung basierend auf diesem Vergleich von einem ersten Bereich eines Einlasstakts in einen zweiten Bereich des Einlasstakts an, der sich näher an einem oberen Totpunkt (TDC) des Einlasstakts befindet als der erste Bereich. Der erste Bereich und der zweite Bereich überlappen nicht. Gemäß weiteren Merkmalen umfasst der zweite Bereich den oberen Totpunkt (TDC) des Einlasstakts.
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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 Kolbentemperatur ermittelt wird; dass die Kolbentemperatur und ein Temperaturschwellenwert verglichen werden; und dass ein Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung basierend auf diesem Vergleich von einem ersten Bereich eines Einlasstakts in einen zweiten Bereich des Einlasstakts angepasst wird, der sich näher an einem oberen Totpunkt (TDC) des Einlasstakts befindet als der erste Bereich. Der erste Bereich und der zweite Bereich überlappen nicht.
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Gemäß weiteren Merkmalen umfasst der zweite Bereich den oberen Totpunkt (TDC) des Einlasstakts. 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.
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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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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.
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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 Kraftstoff-einspritzungs-Steuermodul 308 mitteilen, dass eine Kraftstoffeinspritzung während des ersten Zeitabschnitts 202 gewünscht ist. Das Kraftstoff-einspritzungs-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.
