DE102010062132A1

DE102010062132A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Reduzieren der von einem Motor erzeugten Partikelmaterie

Info

Publication number: DE102010062132A1
Application number: DE102010062132A
Authority: DE
Inventors: Mark W. Wolverine Lake Peters; Eric Dearborn Krengel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: US8521399B2; DE102010062132B4; CN102086816A; CN102086816B; US20110132325A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Reduzierung von von einem Motor emittierten Partikelmaterie offenbart. Bei einem Beispiel wird der Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt als Reaktion auf eine Änderung der Motorbetriebsbedingungen angepaßt. Insbesondere kann der Einspritzstartzeitpunkt nach früh und dann nach spät verstellt werden, um die Kraftstoffverdampfung zu fördern.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Fahrzeugkraftstoffsteuervorrichtung und ein entsprechendes Verfahren.
Allgemeiner Stand der Technik und kurze Darstellung der Erfindung Motoren mit Direkteinspritzung können mehr Motorleistung liefern, während gleichzeitig einige instationäre Kraftstoffprobleme, die mit PFI-Motoren (Port Fuel Injection = Saugrohreinspritzung) assoziiert sind, reduziert werden. Beispielsweise kann das direkte Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder Ansammlungen von flüssigem Kraftstoff in Ansaugrohren reduzieren oder eliminieren. Weiterhin kann die Verdunstung von eingespritztem Kraftstoff einer ankommenden Zylinderladung Wärmeenergie entziehen, so dass zusätzliche Luft in einen Motorzylinder eintreten und die Zylinderladung vergrößern kann. Somit können Motoren mit Direkteinspritzung gegenüber PFI-Motoren gewisse Vorteile bieten.
Motoren mit Direkteinspritzung können jedoch gegenüber PFI-Motoren gewisse Nachteile aufweisen. Insbesondere können Motoren mit Direkteinspritzung unter bestimmten Bedingungen Ruß erzeugen. Beispielsweise kann Ruß entstehen, wenn eingespritzter Kraftstoff nur teilweise verbrannt wird, und etwas direkt eingespritzter Kraftstoff verbrennt möglicherweise nicht vollständig während eines Zylindertakts, wenn der eingespritzte Kraftstoff in dem Zylinder nur teilweise verdunstet oder kondensiert. Die teilweise Verdunstung oder Kondensation von Kraftstoff kann eintreten, wenn sich die Bedingungen für die Verbrennung zwischen Zylindertakten ändern. Beispielsweise kann Ruß gebildet werden, wenn sich die Motorlast ändert oder wenn die Rate der Abgasrückführung (AGR) verändert wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Verfahren zur Beeinflussung des von einem Motor mit Direkteinspritzung erzeugten Rußes entwickelt. Insbesondere haben die Erfinder ein Verfahren zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder eines Motors entwickelt, umfassend: Einstellen, als Reaktion auf einen Lastwechsel, des Einspritzstartzeitpunkts während des Lastwechsels weg von einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt und dann zurück in Richtung des ersten Zeitpunkts, wobei der zweite Zeitpunkt von dem ersten Zeitpunkt verschieden ist.
Ruß kann bei einem Motor mit Direkteinspritzung reduziert werden, indem der Einspritzzeitpunkt als Reaktion auf eine Änderung der Motorbetriebsbedingungen eingestellt wird. Beispielsweise kann der Einspritzzeitpunkt für einen oder mehrere Zylindertakte während einer Änderung von einer niedrigeren zu einer höheren Motorlast instationär nach früh verstellt werden. Indem zuerst der Einspritzzeitpunkt nach früh und dann nach spät verstellt wird, kann es möglich sein, die Kraftstoffmenge zu reduzieren, die sich auf den Oberflächen in dem Zylinder bilden, wenn Kraftstoff eingespritzt wird. Den Einspritzzeitpunkt nach früh zu verstellen kann es dem Kraftstoff ermöglichen, zu einem Zeitpunkt in den Zylinder einzutreten, wenn sich der Kolben in dem Zylinder weiter unten befindet, so dass ein größerer Teil des eingespritzten Kraftstoffs in dem Zylinder verdampfen kann, anstatt sich auf dem Kolben zu sammeln. Der nach früh verstellte Kraftstoffeinspritzzeitpunkt kann dann zurückgestellt werden, zu einem Einspritzzeitpunkt der sich für stationäre Motorbetriebsbedingungen eignet. Bei einer Änderung von Motorbetriebsbedingungen kann somit der Einspritzzeitpunkt für einen oder mehrere Zylindertakte nach früh verstellt werden und dann nach spät verstellt werden, zu einem Zeitpunkt, der für stationäre Bedingungen wünschenswert ist.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile liefern. Insbesondere kann der Ansatz Motoremissionen verbessern, indem die Erzeugung von Ruß vermindert wird. Weiterhin kann das Verfahren Systemkosten reduzieren, weil Abgasnachbehandlungseinrichtungen verkleinert werden können. Außerdem braucht die Regenerierung eines Partikelfilters, der den entstehenden Ruß sammelt, seltener durchgeführt zu werden, weil sich weniger Ruß auf dem Filter abscheidet.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne Weiteres aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn sie alleine oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung;
2 zeigt eine grafische Darstellung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik zur Steuerung von Einspritzzeitpunkten während einer Änderung von Betriebsbedingungen;
3 zeigt eine simulierte grafische Darstellung von Einspritzzeitpunktsignalen während einer Änderung von Betriebsbedingungen;
4 zeigt eine simulierte grafische Darstellung von Einspritzzeitpunktsignalen auf einer Basis von zylinderweisen Verbrennungsereignissen für ein Ausführungsbeispiel;
5 zeigt eine simulierte grafische Darstellung von Einspritzzeitpunktsignalen auf einer Basis von zylinderweisen Verbrennungsereignissen für ein weiteres Ausführungsbeispiel und
6 zeigt ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Einstellen des Einspritzzeitpunkts eines Motors mit Direkteinspritzung.
Ausführliche Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Benzinmotorsystems mit Direkteinspritzung 10. Insbesondere umfaßt der Verbrennungsmotor 10 mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist. Der Motor 10 wird von einer elektronischen Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält eine Verbrennungskammer 14 und Zylinderwände 16 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 20 verbundenen Kolben 18. Die Verbrennungskammer 14 kommuniziert mit einem Ansaugkrümmer 22 und einem Abgaskrümmer 24 über ein jeweiliges Einlaßventil 26 und Auslaßventil 28.
Der Ansaugkrümmer 22 kommuniziert über eine Drosselklappe 32 mit einem Gehäuse 30. Bei einer Ausführungsform kann eine elektronisch gesteuerte Drossel verwendet werden. Die Drossel wird elektronisch gesteuert, um im Ansaugkrümmer 22 periodisch oder kontinuierlich einen spezifizierten Unterdruck aufrechtzuerhalten. Man beachte, dass sich das Gehäuse 30 und die Drosselklappe 32 bei einigen Anwendungen an einer Stelle stromabwärts hinter einer Aufladevorrichtung 90 befinden können. Bei einer Konfiguration, wo sich die Drossel stromabwärts hinter der Aufladevorrichtung befindet, kann sich der Anschluß für das Abgasrückführsystem stromabwärts hinter der Aufladevorrichtung und stromaufwärts vor der Drossel befinden. Alternativ können das Gehäuse 30 und die Drosselklappe 32 entfallen.
Die Verbrennungskammer 14 ist weist ferner eine Kraftstoffeinspritzdüse 37 auf, die Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals (fpw) der Motorsteuerung 12 zuführt. Gespeist wird die Kraftstoffeinspritzdüse 37 durch ein nicht gezeigtes herkömmliches Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilerleitung (nicht gezeigt) enthält. Im Fall von Motoren mit Direkteinspritzung, wie in 1 gezeigt, wird ein Hochdruckkraftstoffsystem wie etwa ein Common-Rail-System verwendet.
Bei Benzinmotoren liefert die Zündkerze 34 eine Zündquelle für den Inhalt der Verbrennungskammer 14. Die Energie für das Erzeugen eines Funkens wird von einem Zündsystem 35 geliefert. Die Motorsteuerung 12 justiert das Laden der Zündspulen, die eine Spannung an die Zündkerze 34 liefern. Bei Dieselanwendungen können die Zündkerze 34 und das Zündsystem 35 entfallen.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Motorsteuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 40, Eingänge und Ausgänge 42, einen elektronischen Speicher 44, der bei diesem besonderen Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher sein kann, einen Direktzugriffsspeicher 46 und einen herkömmlichen Datenbus enthält.
Die Motorsteuerung 12 empfängt verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren, einschließlich unter anderem: Messen der angesaugten Luftmasse (MAF) von einem an den Luftfilter gekoppelten Luftmassensensor 50 [A in 1]; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem an einen Kühlmantel 54 gekoppelten Temperatursensor 52; Messen des Ansaugkrümmerdrucks (MAP) von einem an den Ansaugkrümmer 22 gekoppelten Ansaugkrümmerdrucksensor 56; Messen der Drosselklappenposition (TP) von einem an die Drosselklappe 32 gekoppelten Drosselklappenpositionssensor 58; Messen einer Partikelfiltertemperatur von einem Temperatursensor 180 und ein modifiziertes Kurbelwellenwinkelsignal (PIP) von einem an die Kurbelwelle 20 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 60 (oder ein variabler magnetischer Widerstandssensor), das die Motordrehzahl anzeigt.
Der Motor 10 kann ein Abgasrückführungssystem (AGR) enthalten, um das Absenken von NO_x- und anderen Emissionen zu unterstützen. Beispielsweise kann der Motor 10 ein Hochdruck-AGR-System enthalten, bei dem Abgas zu dem Ansaugkrümmer 22 durch ein Hochdruck-AGR-Rohr 70 geführt wird, das an eine Stelle vor einer Abgasturbine 90a einer Aufladevorrichtung 90 mit dem Abgaskrümmer 24 verbunden ist und an einer Stelle hinter einem Ansaugverdichter 90b der Aufladevorrichtung 90 mit dem Ansaugkrümmer 22 verbunden ist. Das gezeigte Hochdruck-AGR-System enthält eine in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 angeordnete Hochdruck-AGR-Ventilbaugruppe 72. Abgas strömt vom Abgaskrümmer 24 zuerst durch die Hochdruck-AGR-Ventilbaugruppe 72 und dann zum Ansaugkrümmer 22. Ein AGR-Kühler [in 1 bei Y gezeigt] kann in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 angeordnet sein, um zurückgeführte Abgase zu kühlen, bevor sie in den Ansaugkrümmer eintreten. Die Kühlung erfolgt in der Regel mit Motorkühlwasser, doch kann auch ein Abgas-Luft-Wärmetauscher verwendet werden.
Der Motor 10 kann auch ein Niederdruck-AGR-System enthalten. Das dargestellte Niederdruck-AGR-System enthält ein Niederdruck-AGR-Rohr 170, das an einer Stelle hinter der Abgasturbine 90a mit dem Abgaskrümmer 24 verbunden ist und an einer Stelle vor dem Ansaugverdichter 90b mit dem Ansaugkrümmer 22 verbunden ist. Eine Niederdruckventilbaugruppe 172 befindet sich in dem Niederdruck-AGR-Rohr 170. Abgas in der Niederdruck-AGR-Schleife läuft von der Turbine 90a durch eine katalytische Einrichtung 82 (beispielsweise einen Drei-Wege-Katalysator, der eine Platin, Palladium und Rhodium umfassende Zwischenschicht aufweisen kann) und einen Partikelfilter 80, bevor es in das Niederdruck-AGR-Rohr 170 eintritt. Diese katalytische Einrichtung 82 verarbeitet Motorabgase, um beispielsweise Abgaskomponenten zu oxidieren. Ein Niederdruck-AGR-Kühler Ya kann im Niederdruck-AGR-Rohrs 170 angebracht sein.
Die Hochdruck-AGR-Ventilbaugruppe 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilbaugruppe 172 weisen jeweils ein nicht gezeigtes Steuerventil mit variabler Fläche im Hochdruck-AGR-Rohr 70 und im Niederdruck-AGR-Rohr 170 auf, was dadurch den Fluss von Hoch- bzw. Niederdruck-AGR steuert.
Einer Partikelfilterregenerierungsschleife 179 wird Druckluft vom Verdichter 90b zugeführt. Die Druckluft strömt an einer Stelle im Abgassystem zwischen Katalysator 82 und Partikelfilter 80 ein. Luft vom Ansaugsystem kann je nach der Systemkonfiguration von einer Stelle vor einer Drosselklappe oder von einer Stelle hinter einer Drosselklappe abgezweigt werden. Falls sich beispielsweise ein Verdichter vor einer Drosselklappe befindet, kann die Ansaugluft von einer Stelle hinter dem Verdichter und vor der Drosselklappe aus zum Abgassystem geliefert werden. Falls andererseits die Drosselklappe vor dem Verdichter angeordnet ist, kann die Ansaugluft von einer Stelle hinter der Drosselklappe und vor dem Verdichter zum Abgassystem geliefert werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein zusätzlicher Drei-Wege-Katalysator hinter dem Partikelfilter 80 angeordnet sein. Falls gewünscht, können Abgase unter der Bedingung, dass der Motor arbeitet und dass sich der Ansaugkrümmer auf einem niedrigeren Druck als der Abgassystemdruck zwischen dem Partikelfilter 80 und dem Katalysator 82 befindet, durch die Partikelfilterregenerierungsschleife zm Ansaugkrümmer gesaugt werden.
Unterdruckregler 74, 174 und 177 sind an die Hochdruck-AGR-Ventilbaugruppe 72, die Niederdruck-AGR-Ventilbaugruppe 172 bzw. die Partikelfilterluftzufuhrventilbaugruppe 77 gekoppelt. Die Unterdruckregler 74, 174, 177 empfangen Aktivierungssignale von der Motorsteuerung 12, um die Ventilpositionen der Hochdruck-AGR-Ventilbaugruppe 72, der Niederdruck-AGR-Ventilbaugruppe 172 und der Partikelfilterluftzufuhrventilbaugruppe 77 zu steuern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hochdruck-AGR-Ventilbaugruppe 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilbaugruppe 172 durch Unterdruck aktivierbare Ventile. Es kann jedoch jede Art von Strömungssteuerungsventil oder -ventilen verwendet werden, wie etwa beispielsweise ein von einem Elektromagneten angetriebenes Ventil oder ein von einem Schrittmotor angetriebenes Ventil. Eine Drucksensorbaugruppe 79 liefert Daten, die von der Motorsteuerung 12 verarbeitet werden können, wobei die Bernoulli-Gleichung verwendet wird, um die Strömung zwischen dem Ansaugsystem und dem Abgassystem zu bestimmen, wenn sich die Partikelfilterluftzufuhrventilbaugruppe 77 in einer offenen Position befindet.
Die Aufladevorrichtung 90 kann ein Turbolader oder irgendeine andere derartige Einrichtung sein. Die dargestellte Aufladevorrichtung 90 weist eine an den Abgaskrümmer 24 gekoppelte Turbine 90a und einen Verdichter 90b auf, der über einen Ladeluftkühler [in 1 bei X gezeigt], der in der Regel ein Luft-Luft-Wärmetauscher ist, aber auch wassergekühlt sein könnte, an den Ansaugkrümmer 22 gekoppelt ist. Die Turbine 90a ist in der Regel über eine Antriebswelle 92 an den Verdichter 90b gekoppelt. (Dies könnte auch eine sequentielle Turboladeranordnung, Einzel-VGT, Doppel-VGTs oder irgendeine andere Anordnung von Turboladern sein).
Die im Abgassystem vorliegende Sauerstoffkonzentration kann durch Sauerstoffsensoren 178 und 176 bestimmt werden. Weiterhin kann ein nicht gezeigter zusätzlicher Sauerstoffsensor zwischen Katalysator 82 und Partikelfilter 80 angeordnet sein. Der Sauerstoffsensor 178 erfaßt die Ansaugluftsauerstoffkonzentration, während der Sauerstoffsensor 176 den Abgassauerstoffgehalt hinter dem Katalysator und hinter dem Partikelfilter erfaßt. Sauerstoffsensoren können Weitbereichssensoren mit einem linearisierten Ausgangssignal sein, oder sie können Sensoren sein, die in der Nähe von stöchiometrischen Bedingungen ein Signal mit hoher Verstärkung anzeigen. Weiterhin ist das Gaspedal 94 zusammen mit einem Fahrerfuß 95 gezeigt. Der Pedalpositionssensor (pps) 96 mißt die Winkelposition des fahrerbetätigten Pedals.
In 2 wird eine grafische Darstellung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik für die Steuerung von Einspritzzeitpunkten während einer Änderung der Betriebsbedingungen gezeigt. Es werden drei separate grafische Darstellungen von relevanten Signalen gezeigt.
Die erste grafische Darstellung oben in der Figur zeigt die Motorlast über der Zeit. Bei einer Ausführungsform kann die Motorlast als die in einem Zylinder eingeführte Luftmenge dividiert durch die Luftmenge, die das volle Zylindervolumen bei Standardtemperatur und Standarddruck einnehmen würde, ausgedrückt werden. Die Last nimmt in der grafischen Darstellung zu, wie durch den Pfeil gezeigt. Bei T1 nimmt die Motorlast stufenartig von einer ersten Motorlast zu einer zweiten Motorlast zu, wobei die zweite Motorlast größer ist als die erste Motorlast.
Die zweite grafische Darstellung zeigt einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt für den Einspritzbeginn über der Zeit. Der Einspritzbeginn wird relativ zum Kurbelwellenwinkel in der grafischen Darstellung nach früh verstellt, wie durch den Pfeil gezeigt. Der Einspritzbeginn bezieht sich auf den Kurbelwellenwinkel, bei dem sich eine Kraftstoffeinspritzdüse für einen bestimmten Zylinderwinkel öffnet (z. B. 720 Grad Kurbelwelle für einen Zylindertakt eines Viertaktmotors). Bei T1 wird der Einspritzzeitpunkt als Reaktion auf die Änderung der Motorlast relativ zum Kurbelwellenwinkel nach spät verstellt und fährt mit dem nach spät verstellten Zeitpunkt fort, während die Last konstant bleibt.
Die dritte grafische Darstellung zeigt die Rußkonzentration im Abgas. Bei T1 nimmt der Ruß als Reaktion auf die Änderung der Motorlast und des Einspritzzeitpunkts zu und nimmt ab, wenn sich die Motorlast stabilisiert hat. Somit kann die Rußkonzentration bei einer Änderung der Motorbetriebsbedingung und der Einspritzung korrigiert werden. Unter Umständen können auch Abgasrückführung, Ventilsteuerung und Änderungen bei der Motordrehzahl die Rußproduktion erhöhen.
3 zeigt eine simulierte grafische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens von 6, die Einspritzzeitpunkte während einer Änderung der Betriebsbedingungen darstellt. Drei separate relevante grafische Darstellungen von Signalen sind gezeigt.
Analog zu 2 zeigt die erste grafische Darstellung die Motorlast über der Zeit. Die Last nimmt in der grafischen Darstellung zu, wie durch den Pfeil angegeben. Bei T1 wird die Motorlast stufenartig von einer ersten Motorlast zu einer zweiten Motorlast vergrößert, wobei die zweite Motorlast größer ist als die erste Motorlast.
Die zweite grafische Darstellung zeigt den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung für den Einspritzstart über der Zeit. Der Einspritzstart wird in der grafischen Darstellung nach früh verstellt, wie durch den Pfeil angegeben. Bei T1 wird im Gegensatz zu dem Verfahren von 2 der Einspritzeitpunkt nach früh verstellt oder er bewegt sich als Reaktion auf die Änderung bei der Motorlast von dem anfänglichen Einspritzstartzeitpunkt weg. Bei einer Ausführungsform kann der Einspritzstart in Relation zu einer oder mehreren Bedingungen nach früh verstellt werden. Beispielsweise kann während einer Änderung der Motorlast der Einspritzstart für eine erste Art von Kraftstoff (z.. Benzin) zu einem ersten Kurbelwellenwinkel nach früh verstellt werden. Bei einem weiteren Beispiel kann während einer Änderung bei der Motorlast der Einspritzstart für eine zweite Art von Kraftstoff (z. B. Alkohol) zu einem zweiten Kurbelwellenwinkel nach früh verstellt werden.
Bei T2 wird der Einspritzstartzeitpunkt von der nach früh verstellten Position bei T1 nach spät verstellt und bewegt sich zu dem anfänglichen Einspritzstartzeitpunkt hin. Das Verstellen nach spät des Einspritzstartzeitpunkts kann Zeit basiert oder Zylinderereignis (z. B. Verbrennungsereignis oder Ansaugereignis) basiert sein. Beispielsweise kann der Einspritzstartzeitpunkt mit einer Rate von 10 Kurbelwellenwinkelgraden pro Sekunde nach spät verstellt werden. Alternativ kann der Einspritzstartzeitpunkt mit einer Rate von fünf Kurbelwellenwinkeln pro Verbrennungsereignis nach spät verstellt werden. Beispielsweise kann die Rate der Spätverstellung des Einspritzzeitpunkts zu Betriebsbedingungen in Beziehung stehen. Beispielsweise kann die Rate der Einspritzstartspätverstellung zu der Brennstoffart in Beziehung stehen. Beispielsweise kann bei Einspritzen von Benzin in den Motor der Einspritzstartzeitpunkt mit einer ersten Rate erfolgen. Wenn Beispielsweise Alkohol in den Motor eingespritzt wird, kann der Einspritzstartzeitpunkt mit einer zweiten Rate erfolgen.
Bei T3 wird die Änderungsrate für den Einspritzstartzeitpunkts reduziert, wenn sich der Einspritzstartzeitpunkt dem Einspritzstartzeitpunkt für stationäre Betriebsbedingungen nähert. Die Rate der Spätverstellung für das Ändern des Einspritzstarts kann empirisch bestimmt werden, beispielsweise durch Testen am Motorprüfstand. Sie kann konstant sein oder sie kann sich mehrmals ändern, bevor sie einen gewünschten Einspritzstartzeitpunkt für im Wesentlichen konstante Motorbetriebsbedingungen erreicht. In diesem Beispiel wird die Änderungsrate zweimal angepaßt, bei T2 und T3, bevor sich der Einspritzstart auf einen im Wesentlichen konstanten Kurbelwellenzeitpunkt bei T4 einschwingt. Bei anderen Beispielen kann der Einspritzstartzeitpunkt einem Abklingprofil der ersten Ordnung folgen.
Für ein Einzelereignis bei den Betriebsbedingungen oder eine einzelne instationäre Bedingung kann der Einspritzstartzeitpunkts vor diesem Einzelereignis vom Einspritzstartzeitpunkts weg nach früh verstellt werden und dann wieder in Richtung nach spät und, falls gewünscht, weiter in Richtung spät verstellt werden zu einem Einspritzstartzeitpunkt, der den neuen stationären Betriebsbedingungen entspricht.
Die dritte grafische Darstellung zeigt die Rußkonzentration in den Abgasen. Bei T1 nimmt der Ruß als Reaktion auf die Änderung der Motorlast und des Einspritzzeitpunktes zu und klingt dann ab, wenn sich die Motorlast stabilisiert. Der Rußmenge, die sich mit dem in 3 gezeigten Verfahren des Einstellens des Starts des Einspritzzeitpunkts bildet, ist weniger als die Rußmenge, die mit dem in 2 gezeigten Verfahren zum Einstellen des Starts des Einspritzzeitpunkts gebildet wird, wenn der Motor unter ähnlichen Bedingungen betrieben wird. Somit kann das dargestellte Verfahren zum Einstellen des Zeitpunkts des Einspritzstarts den sich während Betriebsbedingungsänderungen bildenden Ruß reduzieren.
4 zeigt eine simulierte grafische Darstellung von Einspritzzeitpunktsignalen auf einer Basis von zylinderbasierten Verbrennungsereignis für ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens wie in 6 gezeigt. Das erste Diagramm stellt die Motorlast während der relevanten Zeitperiode dar, wobei die Motordrehzahl im Wesentlichen konstant bleibt. Die Motorlastsignale sind durch ”X” gekennzeichnet, die der Motorlastlinie überlagert sind. Die ”X” zeigen Zylinderereignisse an (z. B. Verbrennungsereignisse, Ansaugereignisse, Abgasereignisse, Ansaugventilöffnungsereignisse, spezifische Motorstellungen wie etwa Verdichtungshub beim oberen Totpunkt oder Verdichtungsereignisse) für Zylinder eines Vierzylindermotors. Die Zahlen über den ”X” geben den jeweiligen Zylinder an, dem das Ereignis entspricht. Die Numerierung folgt der Zündungsreihenfolge für den Motor (z. B. 1-3-4-2).
Die anderen vier Diagramme sind Diagramme des Starts des Einspritzzeitpunkts für jeden der vier Zylinder. Beispielsweise zeigt das zweite Diagram den Einspritzungsstartzeitpunkt für Zylinder Nummer eins.
Die Linien T1–T7 werden verwendet, um die Beziehung zwischen dem Einspritzungsstart für Zylinder Nummer eins und Zylinderereignissen von Zylinder Nummer eins über der Änderung der Motorlast aufzuzeigen. Gemäß einer Ausführungsform muß sich eine Betriebsbedingung um einen Schwellwert verändern, bevor der Einspritzstartzeitpunkt nach früh verstellt werden kann. Bei T1 hat sich die Motorlast genug verändert, um eine Veränderung beim Einspritzstartzeitpunkt zu verursachen. Dementsprechend erfolgt der Einspritzstartzeitpunkt bei T1 für Zylinder Nummer eins zur Frühverstellung. Der tatsächliche nach früh verstellte Einspritzstartzeitpunkt für Zylinder Nummer eins kann im Vergleich zum Zylinderereignis von Zylinder eins verzögert werden. Falls beispielsweise das Ereignis des Zylinders Nummer eins ein Verdichtungshub im oberen Totpunkt ist, kann der Einspritzstart um einige Grad Kurbelwellenwinkel verzögert werden, bevor die Einspritzung beginnt, da das Öffnen und Schließen des Ansaugventils der Verdichtung beim oberen Totpunkt folgt und da ein Einspritzstartzeitpunkt bei offenem Ventil oder geschlossenem Ventil erwünscht sein kann, wenn der Einspritzungsstartzeitpunkt nach früh verstellt wird.
T2–T4 stellen nachfolgende Ereignisse von Zylinder Nummer eins dar, nachdem für Zylinder Nummer 1 eine Frühverstellung des Einspritzstartzeitpunkts erfolgte. Ab T4 wird der Einspritzstartzeitpunkt für Zylinder Nummer eins in Richtung des ursprünglichen Einspritzstartzeitpunkts zurück nach spät verstellt. Es sei angemerkt, dass die Dauer, um die der Einspritzzeitpunkt nach früh verstellt wird, als Reaktion auf Betriebsbedingungen variieren kann. Beispielsweise kann der Einspritzzeitpunkt in einer so weit wie möglich nach früh verstellten Position für eine bestimmte Änderung der Betriebsbedingungen für eine bestimmte Zeit oder Anzahl von Zylinderereignissen verstellt werden. Beispielsweise kann der Einspritzstartzeitpunkt für zwei Zylinderereignisse um 25 Grad Kurbelwellenwinkel nach früh verstellt werden, wenn sich die Motorlast um 15% ändert. Bei einem weiteren Beispiel kann der Einspritzstartzeitpunkt für drei Zylinderereignisse um 25 Grad Kurbelwellenwinkel nach früh verstellt werden, wenn sich die Motorlast um 25% ändert. Gleichermaßen kann das Ausmaß der Frühverstellung als Reaktion auf die Größe der Änderung bei den Betriebsbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann der Einspritzstartzeitpunkt um 25 Grad Kurbelwellenwinkel nach früh verstellt werden, wenn sich die Motorlast um 10% ändert. Bei einem weiteren Beispiel kann der Einspritzstartzeitpunkt um 35 Grad Kurbelwellenwinkel nach früh verstellt werden, wenn sich die Motorlast um 25% ändert.
Bei T6 wird der Einspritzstartzeitpunkt mit einer zweiten Rate eingestellt, die kleiner ist als die Rate von T4 zu T6. Es kann wünschenswert sein, die Einspritzstartzeitpunktratenänderung auf einen niedrigeren Wert zu setzen, wenn sich der Einspritzstartzeitpunkt dem Einspritzzeitpunkt für stationäre Bedingungen nach einer Änderung der Motorbetriebsbedingungen annähert.
Bei T7 wird der Einspritzstartzeitpunkt auf eine konstante Kurbelwellenwinkelposition eingestellt. Bei diesem Beispiel wird die konstante Kurbelwellenwinkelposition gegenüber der Kurbelwellenwinkelposition weiter nach spät verstellt, bei der sich der Einspritzstartzeitpunkt vor der Änderung der Betriebsbedingungen befand. Die stationären Einspritzstartzeitpunkte können experimentell bestimmt und auf der Basis von Bedingungen wie etwa Motoremissionen und Kraftstoffverbrauch gewählt werden.
Bei diesem Beispiel weichen die Einspritzstartzeitpunkte für die Zylinder 2–4 von denen von Zylinder Nummer eins ab. Insbesondere wird das Frühverstellen der Einspritzstartzeitpunkte für Zylinder Nummer drei und vier gegenüber jenen von Zylinder Nummer eins verzögert. Hier treten die Einspritzstartzeitpunkte zeitlich später für Zylinder drei und vier auf, weil die Zylinderereignisse für Zylinder Nummer drei und vier erst nach dem Verändern der Motorlast über einen Schwellwert auftreten. Somit werden die Einspritzstartzeitpunkte für Zylinder drei und vier zeitlich später nach früh verstellt als für Zylinder Nummer eins. Das Frühverstellen des Einspritzstartzeitpunkts für Zylinder Nummer zwei beginnt vor der Frühverstellung des Einspritzstartzeitpunkts für Zylinder Nummer eins, weil sich die Motorlast bereits oberhalb eines Schwellwerts befindet, bei Eintreten des Ereignisses von Zylinder Nummer zwei.
Es sei auch angemerkt, dass, obwohl 4 im Wesentlichen die gleichen Einspritzstartzeitpunkte für Zylinder 1–4 zeigt, es möglich ist, unterschiedliche Werte der Einspritzstartfrühverstellung und verschiedene Längen der Einspritzstarteinstellungen für jeden Zylinder bereitzustellen. Falls beispielsweise die Änderung bei den Motorbetriebsbedingungen nur von sehr kurzer Dauer ist, kann Zylinder Nummer eins um 50 Grad Kurbelwellenwinkel für ein Zylinderereignis nach früh verstellt werden und von da aus dann um 65 Grad Kurbelwellenwinkel nach spät. Während der gleichen Änderung der Betriebsbedingungen kann Zylinder Nummer zwei möglicherweise für ein Zylinderereignis nur um 30 Grad Kurbelwellenwinkel nach früh verstellt werden und von da aus dann über drei Zylinderereignisse um 45 Grad Kurbelwellenwinkel nach spät. Somit können die Einspritzstart-Frühverstellungszeitpunkte und -größen während gewisser Änderungen bei den Betriebsbedingungen zwischen Zylindern unterschiedlich sein.
5 zeigt eine simulierte grafische Darstellung von Einspritzzeitpunktsignalen auf einer Basis von zylinderweisen Verbrennungsereignissen für ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach 6. Ähnlich wie in 4 zeigt der erste Graph eine grafische Darstellung der Motorlast. Außerdem werden Zylinderereignisse für einen Vierzylindermotor durch ”X” gekennzeichnet, die entlang der Motorlastlinie positioniert sind. Der Einspritzzeitpunkt ist in der zweiten grafischen Darstellung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform jedoch folgen alle vier Zylinder einem einzelnen Einspritzstartzeitpunktprofil. Beispielsweise haben sich bei T1 die Motorbedingungen genügend geändert, um eine Änderung bei dem Einspritzstartzeitpunkt auszulösen. Der Einspritzzeitpunkt für alle Zylinder folgt der durch die zweite grafische Darstellung dargestellten Bahn. Insbesondere erfolgt, wie durch die grafische Darstellung veranschaulicht, der Einspritzstart für den Zeitpunkt für die Zylinder drei, vier und zwei zeitlich später als für Zylinder Nummer eins. Bei T2 jedoch wird der Einspritzstartzeitpunkt zuerst für Zylinder Nummer 3 nach spät verstellt, nachdem der Einspritzstart bei T1 nach früh verstellt wurde. Danach wird der Einspritzstartzeitpunkt für Zylinder mit den Nummern eins, zwei und vier bei jedem Zylinderereignis nach spät verstellt. Auf diese Weise kann eine einzelne Kennlinie verwendet werden, um den Einspritzstartzeitpunkt für die Motorzylinder als Reaktion auf eine Änderung bei den Betriebsbedingungen einzustellen.
6 enthält ein Flußdiagramm, das beispielhaft ein Programm zum Einstellen des Einspritzzeitpunkts eines Motors mit Direkteinspritzung zeigt. Bei 602 bestimmt das Programm 600 die Betriebsbedingungen. Diese können z. B. Motordrehzahl, Motorlast, gewünschtes Fahreranforderungsdrehmoment, Motorladelufttemperatur und Motortemperatur beinhalten. Bei anderen Beispielen können zusätzliche oder weniger Arbeitsbedingungen bei 602 bestimmt werden. Auf der Basis der bestimmten Betriebsbedingungen wird ein Basiseinspritzdüsenzeitpunkt bestimmt durch Auswahl aus einer Tabelle oder Funktion aus empirisch bestimmten Einspritzstartzeitpunkten. Beispielsweise können die gegenwärtige Motordrehzahl und -last verwendet werden, um in einer Tabelle, die stationäre Einspritzungsstartzeitpunkte enthält, nachzuschlagen, um die gewünschte Emissionen und Kraftstoffeinsparung bei der gegenwärtigen Motordrehzahl und -last zu liefern. Der aus der Tabelle abgerufene Einspritzstartzeitpunkt kann dann in ein Register geladen werden, das einen Basiseinspritzstartzeitpunkt für alle Zylinder darstellt (z. B. base_inj_start_loc). Nachdem die Betriebsbedingungen und der Basiseinspritzstartzeitpunkt bestimmt sind, geht das Programm 600 weiter zu 604.
Bei 604 bestimmt das Programm 600, ob sich der Motor im Wesentlichen stationär betrieben wird oder ob irgendeine Abweichung gewünscht wird. Beispielsweise kann das Programm 600 bestimmen, ob sich ein Motor nicht im stationären Bereich befindet, wenn sich Motorlast, AGR, Nocken- oder Ventilzeitpunkt und/oder Motordrehzahl um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert in eine Richtung ändern, die die Zylinderlast erhöhen. Falls sich beispielsweise die Motorlast über eine vorbestimmte Periode (z. B. 0–10 Sekunden oder 1–500 Verbrennungsereignisse) über mehr als 10% ändert, kann bestimmt werden, dass sich der Motor nicht im stationären Bereich befindet. Bei einem weiteren Beispiel kann bestimmt werden, dass sich der Motor nicht stationär betrieben wird, wenn sich die Motordrehzahl über ein Intervall von 10 Sekunden über mehr als 500 min^–1 ändert. Wenn instationäre Bedingungen vorliegen, setzt das Programm 600 ein Steuerflag, um zu zeigen, dass gerade transiente Bedingungen vorliegen. Weiterhin wird ein Timer oder ein Zylinderereigniszähler gestartet. Der Timer oder der Zylinderereigniszähler zeigt die Dauer der instationären Motorbedingung an. Gemäß einer Ausführungsform kann der Timer oder der Zylinderereigniszähler zurückgesetzt werden, falls es bei den Betriebsbedingungen eine nachfolgende Änderung auftritt, die die Motorlast verringern kann, gefolgt von einer Änderung der Betriebsbedingungen, die die Motorlast vergrößern kann. Weiterhin kann der Timer oder der Zylinderereigniszähler zurückgesetzt werden, falls es eine nachfolgende Änderung der Betriebsbedingungen gibt, die die vorausgegangene Änderung oder Änderungsrate der Betriebsbedingungen übersteigt. Auf diese Weise kann das Programm 600 auf mehrere Änderungen der Betriebsbedingungen reagieren, so dass bei 610 der Einspritzstartzeitpunkt für aufeinanderfolgende Änderungen der Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden kann.
Ein Abbruch des Programms 600 kann unter einigen Betriebsbedingungen wünschenswert sein. Falls beispielsweise die Motortemperatur unter einer Schwellwerttemperatur liegt, kann es wünschenswert sein, das Programm 600 zu verlassen, bevor der Einspritzstartzeitpunkt eingestellt wird. Bei einem weiteren Beispiel kann das Programm 600 verlassen und deaktiviert werden, falls die Alkoholkonzentration im Motorkraftstoff über einen Schwellwert hinaus ansteigt. Falls das Programm 600 bestimmt, dass der Motor auf stationär betrieben wird oder ein Abbruch gewünscht wird, geht das Programm 600 weiter zum Ausgang. Ansonsten setzt das Programm 600 ein Steuerflag, um anzuzeigen, dass transiente Bedingungen vorliegen, und geht zu 606.
Bei 606 entscheidet das Programm, ob der Einspritzstart eingestellt werden soll oder nicht, durch Bereitstellen von individuellen Einspritzkurven für jede Einspritzdüse oder durch Bereitstellen einer einzelnen Einspritzkurve für alle Einspritzdüsen. Bei einer Ausführungsform bestimmt das Programm 600 individuelle Einspritzkurven als Reaktion auf die Erstkalibrierungsprogrammierung. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Programm 600 bestimmen, als Reaktion auf Betriebsbedingungen individuelle Einspritzkurven bereitzustellen. Beispielsweise können individuelle Einspritzstartzeitpunkte wie etwa jene in 4 dargestellten bereitgestellt werden, wenn die Motortemperatur über einem Schwellwert liegt. Ansonsten können alle Einspritzdüsen in der Verbrennungsreihenfolge, wie in 5 gezeigt, einer einzelnen Einspritzkurve folgen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Auswahl zwischen individuellen Einspritzstartzeitpunkten und einer einzelnen Einspritzkurve als Reaktion auf die Größe der Änderung der Motorbetriebsbedingungen oder als Reaktion auf die Motordrehzahl bestimmt werden. Beispielsweise können individuelle Einspritzstartzeitpunkte eingestellt werden, wenn die Motordrehzahl unter einem Schwellwert liegt, und zur Reduzierung der Rechenbelastung der Motorsteuerung. Falls die Motordrehzahl einen Schwellwert übersteigt, kann der Einspritzstart für alle Zylinder einer einzelnen Einspritzkurve folgen, wie in 5 gezeigt. Gleichermaßen kann bei einer Ausführungsform ein Einspritzstartzeitpunkt für eine Änderung der Motorlast individuelle Einspritzkurven für die Einspritzdüse jedes Zylinders gestatten, wenn die Motorlast unter einem Schwellwert liegt. Falls die Motorlast den Schwellwert übersteigt, kann eine einzelne Einspritzkurve für alle Zylinder genutzt werden. Falls ein individueller Einspritzzeitpunkt gewünscht wird, geht das Programm 600 weiter zu 608. Ansonsten geht das Programm 600 weiter zu 614.
Bei 608 bestimmt das Programm 600 die Rate und/oder Größe der transienten Motorbedingungen. Z. B. kann die Änderungsrate der Betriebsbedingungen zwischen Zylinderereignissen bestimmt werden. Beispielsweise kann die Motorlast bei vorbestimmten Kurbelwellenintervallen (z. B. Kolben im oberen oder unteren Totpunkt) oder bei vorbestimmten Zylinderereignissen (z. B. während eines Ansaughubs oder während eines Verbrennungsereignisses) abgetastet werden. Die während des gegenwärtigen Intervalls gemessene Motorlast kann von der während eines vergangenen Intervalls abgetasteten Motorlast subtrahiert werden, um die Laständerung über das Intervall hinweg zu bestimmen. Die Laständerung dividiert durch die Zeit zwischen Motorlastabtastwerten gibt die Änderungsrate der Motorlast an. Die Größe der Änderung von Betriebsbedingungen kann bestimmt werden, indem der gegenwärtige Wert einer Betriebsbedingung von einem vorausgegangenen Wert der Betriebsbedingung subtrahiert wird. Während einer bei 604 bestimmten Änderung der Betriebsbedingungen kann die Größe und/oder Rate der Betriebsbedingungen während der jeweiligen Änderung der Betriebsbedingungen auf dem höchsten oder größten Wert gehalten werden. Und analog zu dem oben erwähnten Timer und Zylinderereigniszähler können die Größe und/oder Änderungsrate aktualisiert werden, falls eine nachfolgende Änderung bei Betriebsbedingungen auftritt, die die Motorlast verringern kann, gefolgt von einer Änderung bei Betriebsbedingungen, die die Motorlast erhöhen kann. Weiterhin kann die Größe und/oder Rate aktualisiert werden, falls es eine nachfolgende Änderung der Betriebsbedingungen gibt, die die vorausgegangene Änderung oder Änderungsrate der Betriebsbedingungen übersteigt. Auf diese Weise können Einspritzungsstarteinstellungen vorgenommen werden, wenn aufeinanderfolgende Änderungen der Betriebsbedingungen vorliegen, ohne dass der Motor zwischendurch im stationären Betrieb läuft.
Bei 610 bestimmt das Programm 600 die Einspritzkurve für jede Einspritzdüse jedes Zylinders. Mit anderen Worten bestimmt das Programm 600 bei 610 Einstellungen des Einspritzstartzeitpunkts als Reaktion auf eine Änderung der Betriebsbedingungen. Bei einer Ausführungsform werden eine oder mehrere Variablen, die eine Änderung der Betriebsbedingungen darstellen können (z. B. Motorlast, AGR, Motordrehzahl, oder Ventilzeitsteuerung), in vorbestimmten Intervallen abgetastet, wie bei 608 beschrieben. Die abgetastete Betriebsbedingung oder die abgetasteten Betriebsbedingungen können dann mit der Einspritzdüse eines jeweiligen Zylinders assoziiert werden. Beispielsweise kann eine zwischen zwei Zylinderansaugereignissen auftretende Änderung der Motorlast verwendet werden, um Tabelle Inj_tab_start_1 zu aktivieren, um Einspritzstartzeitpunkteinstellungen für die Einspritzdüse von Zylinder Nummer eins bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die abgetasteten Betriebsbedingungen und die Zeit oder die Zylinderereignisnummer seit der Änderung bei den Betriebsbedingungen verwendet werden, um die Tabelle Inj_tab_start_1 zu starten, eine zweidimensionale Tabelle, die Einstellwerte zu den Einspritzstartzeitpunkten enthält, die zu einer Änderung der Betriebsbedingungen in Beziehung stehen. Weiterhin kann die Tabelle erweitert werden, um andere Variablen zu berücksichtigen, die den Einspritzstartzeitpunkt beeinflussen können. Beispielsweise können eine Änderung bei der Motorlast, der Zeit oder der Zylinderereignisnummer seit einer Änderung der Betriebsbedingungen und die Motortemperatur eine dreidimensionale Version der Tabelle Inj_tab_start_1 darstellen. Außerdem werden zusätzliche Tabellen für die Zylinder 2–4 bereitgestellt. Als ein Beispiel kann sich die Motorlast zwischen dem Öffnen des Ansaugventils von Zylinder zwei und dem Öffnen des Ansaugventils von Zylinder eins über 0,03 Sekunden um 0,05 ändern. Dies entspricht ungefähr einer Änderung von 1,6 Last pro Sekunde. Die Tabelle Inj_tab_start_1 kann unter Verwendung abgetasteter Betriebsbedingungen an einer Zelle in der Tabelle genutzt werden, die eine Einspritzstartzeitpunkteinstellungssteuervariable Inj_adj_start_1 für Zylinder Nummer eins auf der Basis einer Laständerungsrate von 1,6 und der Zeit seit dem Auftreten der Änderung der Betriebsbedingungen ausgibt. Der bei 604 gestartete Timer oder Zylinderereigniszähler gibt eine Variable aus, die zum Aktivieren der Tabelle Inj_tab_start_1 verwendet wird. Die zweidimensionale Tabelle Inj_adj_tab_start_1 kann mit Einspritzstarteinstellungen aufgefüllt werden, die mit der Änderung oder Änderungsrate der Betriebsbedingungen und mit der Zeit oder der Zylinderereignisnummer variieren. Beispielsweise kann die Tabelle derart angelegt sein, dass der Einspritzstartzeitpunkt proportional zu einer Änderung bei der Motorlast eingestellt wird. Auf diese Weise können sich Einstellungen am Motoreinspritzstartzeitpunkt in Relation zu der Änderung der Betriebsbedingungen und der Zeit oder Anzahl von Zylinderereignissen nach dem Detektieren der Änderung der Betriebsbedingungen verändern.
Durch Anpassen des Inhalts von Tabellenzellen in Relation zur Zeit nach dem Detektieren einer Änderung der Betriebsbedingungen kann die Dauer, während der Einspritzstartzeitpunkteinstellungen erfolgen, zusätzlich variiert oder angepaßt werden, um die Rußproduktion zu reduzieren, wie dies erwünscht ist. Beispielsweise kann für Zylinder Nummer eins, wenn eine Änderung der Betriebsbedingungen mit einem ersten Wert oder mit einem ersten Pegel detektiert wird, eine erste Anpassung des Einspritzstartzeitpunkts von Zylinder Nummer eins aus Tabelle Inj_tab_start_1 zum Zeitpunkt null abgerufen werden. Mit zunehmender Zeit oder Anzahl von Zylinderereignissen nach dem Detektieren der Änderung der Betriebsbedingungen bewegen sich die Anpassungen des Einspritzstartzeitpunkts von frühverstellt von base_inj_start_loc nach zurückverstellt von base_inj_start_loc. Mit anderen Worten kann sich der Einspritzstartzeitpunkt von einem ersten Kurbelwellenwinkel vor einer Änderung der Betriebsbedingungen zu einem zweiten Kurbelwellenwinkel bewegen, der vor dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt, und dann zu einem dritten Kurbelwellenwinkel, der hinter dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt, und zwar als Reaktion auf eine Änderung der Betriebsbedingungen. Weiterhin kann der Kurbelwellenwinkelabstand, um den sich der Einspritzstart von dem Einspritzstartzeitpunkt vor der Änderung der Betriebsbedingungen bewegt, zu der Änderung der Motorlast, Änderung der Nockenwellenverstellung, Änderung der AGR, Änderung der Motordrehzahl, Motortemperatur oder einer anderen Betriebsbedingung in Beziehung stehen. Beispielsweise kann bei dem obigen Beispiel eine Änderung bei der Nockenwellenstellung, Änderung der AGR oder Änderung der Motordrehzahl verwendet werden, um Inj_tab_start_1 zu aktivieren. Auf diese Weise wird der Einspritzungsstart von base_inj_start_loc weg und in Richtung auf Inj_tab_start bewegt. Falls es weiterhin aufeinanderfolgende Änderungen der Betriebsbedingungen gibt, kann Inj_adj_start_1 als Reaktion auf mehrere Änderungen der Betriebsbedingungen den Einspritzstart mehrmals nach früh und spät verstellen. Somit kann der Einspritzstartzeitpunkt als Reaktion auf eine transiente Änderung der Betriebsbedingungen eingestellt werden, und die Änderung des Einspritzstartzeitpunkts kann über eine Anzahl von Zylindertakten stattfinden. Weiterhin kann die Anzahl von Zylindertakten zum Einstellen des Einspritzstartzeitpunkts vorbestimmt werden.
Es sei angemerkt, dass der Einspritzstart für eine Anzahl von Zylinderereignissen eingestellt werden kann, wobei die Anzahl von Zylinderereignissen zu einer Motorbedingung in Beziehung steht. Beispielsweise kann der Einspritzstartzeitpunkt für fünf Zylinderereignisse eingestellt werden, wenn die Motortemperatur unter einer ersten Schwellwerttemperatur liegt, und für acht Zylinderereignisse, wenn die Motortemperatur über der ersten Schwellwerttemperatur liegt. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Zeit oder eine Anzahl von Zylinderereignissen eingestellt werden, bevor sie zur Anpassung der Tabelle Inj_tab_start_1 verwendet werden, so dass die Tabelle mit einer anderen Rate modifiziert wird, als wenn keine Anpassungen vorgenommen würden. Durch Multiplizieren der Zeit oder Anzahl von Zylinderereignissen mit einer Funktion, die zur Motortemperatur, zur Motorlast, zur Kraftstoffart oder einer anderen Bedingung in Beziehung steht, kann die Dauer der Einspritzstartanpassungen variiert werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Tabelle Inj_tab_start_1 durch die Größe der Änderung der Betriebsbedingungen während des Abtastintervalls, die relevante Zylinderzahl und die Zeit oder die Zylinderereignisnummer seit einer Änderung der Betriebsbedingungen angepasst werden, um eine Einspritzstartzeitpunktanpassung für Zylinder Nummer eins auszugeben. Wieder gibt Tabelle Inj_tab_start_1 eine Steuervariable Inj_adj_start_1 aus, die die Änderung des Einspritzstartzeitpunkts für Zylinder Nummer eins darstellt. Gleichermaßen können Einspritzstartzeitpunktanpassungen für zusätzliche Zylinder bestimmt werden, wobei ähnliche Tabellen und Variablen angewendet werden.
Außerdem können Anpassungen an Inj_adj_start_1-4-Variablen vorgenommen werden, bevor die Variablen zu base_inj_start_loc addiert werden. Bei einem Beispiel wird eine Funktion fn_fuel_mul nach Kraftstoffart oder nach Alkoholmenge im Kraftstoff angepaßt. Die Funktion fn_fuel_mul gibt eine Variable aus, die mit einer Variablen multipliziert wird, die zum Modifizieren von Inj_tab_start_1-4 verwendet wird, beispielsweise Änderung bei der Motorlast. Somit kann die Tabelle Inj_tab_start_1-4 als Funktion der Kraftstoffart oder des Alkoholinhalts modifiziert werden, so dass sich die Ausgabe von Inj_tab_start_1-4 mit der Änderung der Kraftstoffart oder dem Alkoholinhalt ändert. Bei einem Beispiel geht die Funktion fn_fuel_mul je nach der Art von Kraftstoff oder dem Gehalt an Alkohol in dem Kraftstoff von 0 bis 1. Weiterhin kann der Einspritzstartzeitpunkt näher an base_inj_start_loc bewegt werden, wenn der Alkoholgehalt des Kraftstoffs abnimmt oder wenn die Flüchtigkeit des Kraftstoffs zunimmt, indem die Einträge von fn_fuel_mul angepaßt werden. Außerdem können zusätzliche Multiplizierer hinzugefügt werden, um andere Betriebsbedingungen wie etwa Motortemperatur, AGR-Rate, Ventilsteuerung und Motorlast zu kompensieren.
Bei 612 gibt das Programm 600 die Änderung des Einspritzstartzeitpunkts aus durch Addieren von Inj_adj_start_1 und base_inj_start_loc, um den Einspritzstartzeitpunkt für Zylinder Nummer eins festzulegen und auszugeben. Gleichermaßen wird base_inj_start_loc zu Inj_adj_start_2-4 addiert, um den Einspritzstartort für jeden Zylinder zu etablieren.
Bei 614 bestimmt das Programm 600 die Rate und/oder Größe der transienten Motorbedingungen durch das gleiche Verfahren wie bei 608. Deshalb wird der Kürze halber die Beschreibung hier nicht wiederholt.
Bei 616 bestimmt das Programm 600 die Einspritzstartzeitpunktkurve für alle Einspritzdüsen. Bei einer Ausführungsform werden eine oder mehrere Variablen, die eine Änderung der Betriebsbedingungen darstellen können (z. B. Motorlast, AGR, Motordrehzahl, Ventilsteuerung) in vorbestimmten Intervallen abgetastet, wie bei 608 beschrieben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die abgetastete Betriebsbedingung und Zeit oder Zylinderereignisnummer seit einer Änderung der Betriebsbedingungen verwendet werden, um die Tabelle Inj_tab_start zu modifizieren, eine zweidimensionale Tabelle, die die Anpassungen der Einspritzstartzeitpunkte speichert, die zu einer Änderung der Betriebsbedingungen in Beziehung stehen. Beispielsweise kann sich zwischen dem Öffnen des Einlaßventils von Zylinder zwei und dem Öffnen des Einlaßventils von Zylinder eins die Motorlast über 0,03 Sekunden um 0,05 ändern. Wie oben erörtert, entspricht dies ungefähr einer Änderung von 1,6 Last pro Sekunde. Die Tabelle Inj_tab_start kann unter Verwendung abgetasteter Betriebsbedingungen zu einer Tabellenzelle modifiziert werden, die eine Einspritzstartzeitpunkteinstellungssteuervariable Inj_adj_start ausgibt. Der Basiseinspritzstart und Inj_adj_start werden addiert und aktualisieren den Einspritzzeitpunkt für die nächste aktive Einspritzdüse. Gleichermaßen wird an jeder Einspritzdüse, die danach aktiviert werden soll, der Einspritzstartzeitpunkt aktualisiert durch Modifiziern von Inj_tab_start unter Verwendung der Betriebsbedingungen und Zeit oder Anzahl von Zylinderereignissen. Somit kann der Einspritzstartzeitpunkt für alle Zylinder durch Modifizieren einer zweidimensionalen Tabelle aktualisiert werden. Das resultierende Einspritzstartprofil kann dem in 5 gezeigten folgen. Weiterhin gibt der bei 604 gestartete Timer oder Zylinderereigniszähler eine Variable aus, die verwendet wird, um die Tabelle Inj_tab_start anzupassen. Die zweidimensionale Tabelle Inj_tab_start kann mit Einspritzstartanpassungen modifiziert werden, die mit der Änderung oder der Änderungsrate der Betriebsbedingungen und mit der Zeit oder der Zylinderereignisnummer variieren. Auf diese Weise können sich Anpassungen des Motoreinspritzungsstartzeitpunkts für die Einspritzdüsen aller Zylinder in Relation zur Änderung der Betriebsbedingungen und die Zeit oder Anzahl von Zylinderereignissen nach dem Detektieren der Änderung der Betriebsbedingungen ergeben.
Außerdem kann durch Anpassen der Inhalte von Tabellenzellen in Relation zur Zeit seit dem Detektieren einer Änderung der Betriebsbedingungen die Dauer, während der Einspritzstartzeitpunkteinstellungen vorgenommen werden, variiert und zugeschnitten werden, um die Rußproduktion zu reduzieren, wie dies erwünscht ist. Wenn beispielsweise eine Änderung der Betriebsbedingungen einer ersten Größe oder eines ersten Pegels detektiert wird, wird eine erste Anpassung des Einspritzstartzeitpunkts aus der Tabelle Inj_tab_start zum Zeitpunkt null abgerufen. Wenn die Zeit oder die Anzahl von Zylinderereignissen nach dem Detektieren der Änderung der Betriebsbedingungen zunimmt, bewegen sich die Einstellungen des Einspritzstartzeitpunkts von vorgestellt von base_inj_start_loc auf zurückgestellt von base_inj_start_loc. Auf diese Weise wird der Einspritzstart von base_inj_start_loc wegbewegt und dann zu base_inj_start_loc hinbewegt. Falls es weiterhin aufeinanderfolgende Änderungen der Betriebsbedingungen gibt, kann Inj_adj_start den Einspritzstart als Reaktion auf mehrere Änderungen der Betriebsbedingungen mehrfach nach früh und nach spät verstellen.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann Tabelle Inj_tab_start durch die Größe der Änderung der Betriebsbedingungen während des Abtastintervalls und die Zeit oder Zylinderereignisnummer seit der Änderung der Betriebsbedingungen modifiziert werden, um eine Einspritzstartzeitpunktanpassung für Zylinder Nummer eins auszugeben. Wieder gibt Tabelle Inj_tab_start all die Steuervariable Inj_adj_start aus, die die Änderung des Einspritzstartzeitpunkts für die Einspritzdüsen aller Zylinder darstellt.
Außerdem können Anpassungen an Inj_adj_start-Variablen vorgenommen werden, bevor die Variable zu base_inj_start_loc addiert wird. Bei einem Beispiel modifiziert eine Funktion fn_fuel_mul, die durch Kraftstofftyp oder durch die Alkoholmenge im Kraftstoff gekennzeichnet ist, eine Variable, die mit dem Ausgang von Inj_tab_start multipliziert wird, um Inj_adj_start zu modifizieren. Beispielsweise geht die Funktion fn_fuel_mul je nach der Kraftstoffart oder dem Alkoholgehalt des Kraftstoffs von 0 bis 1. Somit kann Inj_adj_start die Einspritzstartzeit gemäß einer Kraftstoffart anpassen. Weiterhin kann der Einspritzstartzeitpunkt näher an base_inj_start_loc bewegt werden, wenn der Alkoholgehalt des Kraftstoffs abnimmt oder wenn die Flüchtigkeit des Kraftstoffs zunimmt, indem die Einträge von fn_fuel_mul angepaßt werden.
Bei 618 gibt das Programm 600 die Änderung bei dem Einspritzstartzeitpunkt aus durch Addieren von Inj_adj_start und base_inj_start_loc, um den Einspritzstartzeitpunkt für den nächsten aktiven Zylinder festzulegen und auszugeben. Somit wird die in Inj_adj_start programmierte Kurve auf Zylinder in der Motorzündreihenfolge angewendet, nachdem eine Änderung der Betriebsbedingungen detektiert wurde.
Bei 620 kann das Programm 600 beurteilen, ob die Einspritzstartzeitpunktanpassungen vollständig sind oder nicht oder falls ein Programmabbruch aus dem Programm 600 angefordert wird oder erwünscht ist. Bei einer Ausführungsform bestimmt das Programm 600, ob die letzte Reihe oder Spalte, die der Zeit oder Anzahl von Zylinderereignissen seit einer Änderung der Betriebsbedingungen entspricht, eingegeben worden ist oder nicht. Falls dies der Fall ist oder falls ein Abbruch des Programms 600 angefordert wird oder erwünscht ist, geht das Programm 600 zu 622. Ansonsten geht das Programm 600 zu 606. Auf diese Weise kann das Programm 600 Einspritzstartzeitpunktanpassungen vervollständigen durch Verifizieren, dass auf Zellen in Inj_tab_start oder Inj_tab_start1-4 zugegriffen worden ist und sie zum Anpassen des Einspritzstartzeitpunkts verwendet wurden.
Wenn das Programm 600 zu 622 weitergeht, geht die Einspritzstartzeit zu base_inj_start_loc, während Inj_adj_start und Inj_adj_start1-4 genullt werden. Nach dem Schritt von 620 zu 622 kann der ausgegebene Einspritzstartzeitpunkt von base_inj_start_loc gegenüber dem von base_inj_start_loc ausgegebenen Einspritzstartzeitpunkt nach spät verstellt werden, wenn das Programm 600 von 604 zu 606 läuft. Somit kann der Einspritzstartzeitpunkt nach einer Änderung der Betriebsbedingungen vom Einspritzstart vor der Änderung der Betriebsbedingungen nach spät verstellt werden.
Bei 622 setzt das Programm 600 das bei 604 gesetzte Flag zurück, um anzuzeigen, dass die Einspritzstartzeitpunktprozedur für die Änderung der Betriebsbedingungen abgeschlossen worden ist. Somit kann durch Beurteilen des Zustands des Flag bestimmt werden, ob der Einspritzstartzeitpunkt für Änderungen der Betriebsbedingungen angepaßt wird.
Somit sorgt das Verfahren von 6 für die Anpassung der Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder eines Motors als Reaktion auf eine Laständerung, wobei der Einspritzstartzeitpunkt von einem ersten Zeitpunkt weg zu einem zweiten Zeitpunkt hin und dann zurück in Richtung des ersten Zeitpunkts während der Laständerung angepaßt wird, wobei der zweite Zeitpunkt von dem ersten Zeitpunkt verschieden ist.
Weiterhin sorgt das Verfahren von 6 auch für die Anpassung der Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder eines Motors bei einer ersten Motorbedingung, wobei der Einspritzstart bei einem ersten Kurbelwellenwinkel ausgeführt wird; während eines Übergangs von der ersten Motorbedingung zu einer zweiten Motorbedingung: Anpassen des Einspritzstarts auf einen zweiten Kurbelwellenwinkel, wobei der zweite Kurbelwellenwinkel vor dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt; und Anpassen des Einspritzstarts von dem zweiten Kurbelwellenwinkel zu einem dritten Kurbelwellenwinkel nach der Einspritzung beim zweiten Kurbelwellenwinkel, wobei der dritte Kurbelwellenwinkel hinter dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt; und bei der zweiten Motorbedingung Ausführen des Einspritzstarts bei dem dritten Kurbelwellenwinkel.
Noch weiter sorgt das Verfahren von 6 für ein Verfahren für die Direkteinspritzung eines Kraftstoffs in einen Zylinder eines Motors, umfassend: Ausführen eines Einspritzstarts bei einem ersten Kurbelwellenwinkel bei einer ersten Motorbedingung; während eines Übergangs von der ersten Motorbedingung zu einer zweiten Motorbedingung: Anpassen des Einspritzstarts auf einen zweiten Kurbelwellenwinkel, wobei der zweite Kurbelwellenwinkel vor dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt, wobei der Einspritzstart für mehrere Verbrennungsereignisse des Zylinders bei dem zweiten Kurbelwellenwinkel gehalten wird; und Anpassen des Einspritzstarts auf einen dritten Kurbelwellenwinkel nach dem Einspritzstart bei dem zweiten Kurbelwellenwinkel, wobei der dritte Kurbelwellenwinkel hinter dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt; und bei der zweiten Motorbedingung das Ausführen des Einspritzstarts beim dritten Kurbelwellenwinkel.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine Betriebsbedingung durch einen Vorfilter geschickt werden, und das Ausgangssignal des Vorfilters kann angelegt werden, um den Einspritzstartzeitpunkt zu modifizieren. Beispielsweise kann der Einspritzstartzeitpunkt-Kurbelwellenwinkel mit dem Ausgangssignal des Vorfilters multipliziert werden, um den Einspritzstartzeitpunkt anzupassen. Weiterhin kann der Verstärkungsfaktor des Vorfilters proportional zu der Änderungsrate der Betriebsbedingungen, der Änderungsrate der Motorlast oder AGR oder Ventilsteuerung sein.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Programme von beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielweise können die obigen Ansätze auf V-6, I-4, I-6, V-12-, Viertakt-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden.

Claims

Verfahren zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder eines Motors, umfassend: Einstellen, als Reaktion auf einen Lastwechsel, des Einspritzstartzeitpunkts währende des Lastwechsels weg von einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt und dann zurück in Richtung des ersten Zeitpunkts, wobei der zweite Zeitpunkt von dem ersten Zeitpunkt verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einspritzstart vor den ersten Zeitpunkt nach früh verstellt wird, wenn sich der Einspritzstartzeitpunkt für den ersten Zeitpunkt wegbewegt, und Zurückverstellung des Einspritzstarts, wenn der Einspritzstart in Richtung des ersten Zeitpunkts bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Zeitpunkt von dem ersten Zeitpunkt aus nach spät verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kurbelwellenwinkelabstand, den sich der Einspritzstartzeitpunkt vom ersten Zeitpunkt wegbewegt, zur Größe des Lastwechsels in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kurbelwellenwinkelabstand, den sich der Einspritzstartzeitpunkt vom ersten Zeitpunkt wegbewegt, zu einer Motordrehzahländerung in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kurbelwellenwinkelabstand, den sich der Einspritzstartzeitpunkt vom ersten Zeitpunkt wegbewegt, zu einer Motortemperatur in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das fortgesetzte Anpassen des Einspritzstartzeitpunkts für eine Anzahl von Zylinderereignissen nach dem Lastwechsel, wobei die Anzahl von Zylinderereignissen zu einer Betriebsbedingung des Motors in Beziehung steht.
Verfahren zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder eines Motors, umfassend: bei einer ersten Motorbedingung, Ausführen des Einspritzstartzeitpunkts bei einem ersten Kurbelwellenwinkel; während eines Übergangs von der ersten Motorbedingung zu einer zweiten Motorbedingung: Anpassen des Einspritzstartzeitpunkts auf einen zweiten Kurbelwellenwinkel, wobei der zweite Kurbelwellenwinkel vor dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt; und Anpassen des Einspritzstartzeitpunkts vom zweiten Kurbelwellenwinkel zu einem dritten Kurbelwellenwinkel nach der Einspritzung bei dem zweiten Kurbelwellenwinkel, wobei der dritte Kurbelwellenwinkel hinter dem ersten Kurbelwellenwinkel liegt; und bei der zweiten Motorbedingung, Ausführen des Einspritzstartzeitpunkts beim dritten Kurbelwellenwinkel.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Motorbedingung eine erste Motorlast ist und die zweite Motorbedingung eine zweite Motorlast ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Motorbedingung eine erste AGR-Rate ist und die zweite Motorbedingung eine zweite AGR-Rate ist.