DE102012205838B4

DE102012205838B4 - Verfahren und System zur Vorzündungssteuerung

Info

Publication number: DE102012205838B4
Application number: DE102012205838.9A
Authority: DE
Inventors: Chris Paul Glugla; Robert Sarow Baskins
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: CN102748152A; US8439011B2; DE102012205838A1; CN102748152B; RU2012114731A; US8171912B2; US20120266847A1; RU2603443C2; US20110265758A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzdüse, das Einstellen eines Sprühwinkels einer Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder auf der Basis einer Angabe einer Vorzündung umfasst.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zum Steuern einer Fahrzeugkraftmaschine als Reaktion auf eine Vorzündungsdetektion.
H intergrund/Zusam m enfassung
Unter bestimmten Betriebsbedingungen können Kraftmaschinen, die hohe Kompressionsverhältnisse aufweisen oder aufgeladen sind, um die spezifische Ausgangsleistung zu erhöhen, für Vorzündungsverbrennungsereignisse bei niedriger Drehzahl anfällig sein. Die frühe Verbrennung aufgrund der Vorzündung kann sehr hohe Drücke in den Zylindern verursachen und kann zu Verbrennungsdruckwellen ähnlich zum Verbrennungsklopfen, jedoch mit größerer Intensität, führen. Strategien wurden für die Vorhersage und/oder frühe Detektion der Vorzündung auf der Basis der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen entwickelt. Außerdem können nach der Detektion verschiedene Vorzündungsmilderungsschritte unternommen werden. Ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt kann beispielsweise eingestellt (z. B. vorverlagert werden), um die Vorzündung zu mildern. In einem Beispiel kann durch Einspritzen von zumindest einigem des Kraftstoffs relativ früh eine Zylinderladungskühlung erreicht werden, was die Wahrscheinlichkeit für anomale Zylinderverbrennungsereignisse verringert. Der frühe Einspritzzeitpunkt kann jedoch verursachen, dass der eingespritzte Kraftstoff auf die Zylinderwände auftrifft und eine Wandbenetzung verursacht. Kraftstofftröpfchen, die sich von den Zylinderwänden lösen, können wiederum niederoktanige Spezies im Verbrennungsgemisch erzeugen, das als Zündquelle für die Zylindervorzündung wirkt. Folglich kann die gewünschte Vorzündungsmilderung nicht erreicht werden.
Druckschriften JP 2010 - 37 964 A , JP 2010 - 209 710 A und DE 11 2004 000 917 T5 zeigen jeweils Verfahren und Systeme zum Betreiben einer Kraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzdüse, wobei das Einstellen eines Sprühwinkels einer Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder durchgeführt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und System zum Betreiben einer Kraftmaschine zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß können in einem Beispiel zumindest einige der obigen Probleme zumindest teilweise durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzdüse angegangen werden. Eine Beispielausführungsform umfasst das Einstellen eines Sprühwinkels der Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder auf der Basis einer Angabe einer Vorzündung. Auf diese Weise kann ein Sprühmuster für jeden Kraftmaschinenzylinder beeinflusst werden, um das Kraftstoffauftreffen auf die Zylinderwand zu verringern und die Ladungskühlung zu verbessern, wodurch das Auftreten der Vorzündung im Zylinder verringert wird.
In einem Beispiel kann ein Kraftmaschinensteuersystem eine Wahrscheinlichkeit einer Zylindervorzündung aus einem Zylindervorzündungszählwert abschätzen. Auf der Basis des Zylindervorzündungszählwerts kann in einen Zylinder Kraftstoff fett oder mager eingespritzt werden, der über eine oder mehrere Einspritzungen in einem gegebenen Kraftmaschinenzyklus zugeführt wird. Die Anzahl von Einspritzungen und der Zeitpunkt jeder Einspritzung im gegebenen Kraftmaschinenzyklus können auf der Basis des Zylindervorzündungszählwerts eingestellt werden. Als Reaktion auf einen früheren Einspritzzeitpunkt (z. B. einen Einspritzzeitpunkt, der näher am BDC liegt) kann eine Kraftmaschinensteuereinheit den Sprühwinkel des durch die Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzten Kraftstoffs verkleinern, um das Zylinderwandauftreffen zu verringern. Demgegenüber kann die Steuereinheit als Reaktion auf einen späteren Einspritzzeitpunkt (z. B. einen Einspritzzeitpunkt, der näher am TDC liegt) den Sprühwinkel vergrößern, um den Kraftstoff, der auf den Kolbenkopf eingespritzt wird, zu vermehren und die Luft/Kraftstoff-Mischung zu verbessern. Die Steuereinheit kann ebenso eine Sprührichtung (oder -orientierung) der Kraftstoffeinspritzdüse einstellen.
Auf diese Weise kann das Sprühmuster des in einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffs eingestellt werden, um eine Konvektionskühlung zu schaffen, ohne die Wahrscheinlichkeit für anomale Zylinderverbrennungsereignisse zu erhöhen. Durch Einstellen des Sprühmusters jedes Kraftmaschinenzylinders auf der Basis von jeweiligen Zylindervorzündungszählwerten kann die Kraftmaschinenvorzündung verringert werden, selbst wenn verschiedene Zylinder der Kraftmaschine verschiedene Wahrscheinlichkeiten für eine Vorzündung aufweisen. Durch Einstellen des Sprühwinkels der Kraftstoffeinspritzung kann ferner die Zylinder-Luft/Kraftstoff-Mischung verbessert werden, um Abgasemissionen zu verringern und die Ausgangsleistung zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Kraftmaschinenverschlechterung aufgrund der Vorzündung verringert werden, während die Kraftmaschinenkraftstoffsparsamkeit und Abgasemissionen verbessert werden.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Beschränkung des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
Druckschriften D1 ( JP 2010 - 37 964 A ), D2 ( JP 2010 - 209 710 A ) und D3 ( DE 11 2004 000 917 T5 ) zeigen jeweils Verfahren und Systeme zum Betreiben einer Kraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzdüse, wobei das Einstellen eines Sprühwinkels einer Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder durchgeführt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und System zum Betreiben einer Kraftmaschine zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine.
2A stellt eine detaillierte Ansicht der Brennkammer von 1 und eines Kraftstoffsystems dar.
2B stellt eine detaillierte Ansicht der Kraftstoffeinspritzdüse von 2A dar.
3 zeigt einen Ablaufplan hoher Ebene zum Einstellen eines Sprühwinkels einer Kraftstoffeinspritzung als Reaktion auf eine Angabe einer Vorzündung.
4 zeigt Beispiel-Sprühwinkeleinstellungen gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Einstellen eines Sprühwinkels von Kraftstoff, der in jeden Zylinder einer Kraftmaschine (wie z. B. des Kraftmaschinensystems von 1-2) eingespritzt wird, als Reaktion auf eine Angabe einer Vorzündung. Auf der Basis der Neigung jedes Kraftmaschinenzylinders zur Vorzündung kann eine Kraftmaschinensteuereinheit Kraftstoff in einige Kraftmaschinenzylinder als geteilte Einspritzung (mit mehreren Einspritzungen über einen Kraftmaschinenzyklus) einspritzen, während sie Kraftstoff in andere Zylinder als Einzeleinspritzung einspritzt. Der Zeitpunkt und die Anzahl von jeder Einspritzung können auf Zylindervorzündungszählwerten basieren. Auf der Basis des Zeitpunkts und der Anzahl der Einspritzungen kann dann ein Sprühwinkel der Einspritzung eingestellt werden, um das Zylinderwandauftreffen des eingespritzten Kraftstoffs zu verringern. Die Steuereinheit kann eine Beispielroutine, wie in 3 gezeigt, durchführen, um den Einspritzmodus, den Zeitpunkt und die Anzahl von Einspritzungen sowie den Sprühwinkel auf der Basis des Vorzündungsverlaufs des Zylinders einzustellen, um das Auftreten einer weiteren Vorzündung zu verringern. Der Sprühwinkel kann auch auf der Basis einer Einspritzdüsenauslassgeometrie eingestellt werden. Beispiel-Sprühwinkeleinstellungen sind in 4 dargestellt. Auf diese Weise kann die Vorzündung gemildert werden und die Kraftmaschinenleistung kann verbessert werden.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine 10 zeigt, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem mit einer Steuereinheit 12 und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugfahrer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Die Brennkammer (im Folgenden z.T als Zylinder bezeichnet) 30 der Kraftmaschine 10 kann z.B. zylindrische Brennkammerwände 136 umfassen, wobei ein Kolben 138 darin angeordnet ist. Die Brennkammer umfasst auch eine etwa kegelstumpfförmigen Bereich, der die z. B. Ventilsitze aufnimmt, etwa als Teil des Zylinderkopfes. Der Kolben 138 kann mit einer Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein Zwischengetriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor mit der Kurbelwelle 140 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder (bzw die Brennkammer) 30 kann Einlassluft über eine Reihe von Einlassluftdurchgängen 142, 144 und 146 empfangen. Der Einlassluftdurchgang 146 kann mit anderen Zylindern der Kraftmaschine 10 zusätzlich zum Zylinder 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlassdurchgänge eine Aufladungsvorrichtung wie z. B. einen Turbolader oder einen Lader umfassen. 1 zeigt beispielsweise die Kraftmaschine 10, konfiguriert mit einem Turbolader mit einem Kompressor 174, der zwischen den Einlassdurchgängen 142 und 144 angeordnet ist, und einer Auslassturbine 176, die entlang des Auslassdurchgangs 148 angeordnet ist. Der Kompressor 174 kann zumindest teilweise durch die Auslassturbine 176 über eine Welle 180 angetrieben werden, wobei die Aufladungsvorrichtung als Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie z. B. wenn die Kraftmaschine 10 mit einem Lader versehen ist, kann die Auslassturbine 176 jedoch wahlweise weggelassen werden, wobei der Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Motor oder der Kraftmaschine angetrieben werden kann. Eine Drosselklappe 20 mit einer Drosselplatte 164 kann entlang eines Einlassdurchgangs der Kraftmaschine zum Verändern der Durchflussrate und/oder des Drucks der Einlassluft, die zu den Kraftmaschinenzylindern zugeführt wird, vorgesehen sein. Die Drosselklappe 20 kann beispielsweise stromabwärts des Kompressors 174 angeordnet sein, wie in 1 gezeigt, oder kann alternativ stromaufwärts des Kompressors 174 vorgesehen sein.
Der Auslassdurchgang 148 kann Abgase von anderen Zylindern der Kraftmaschine 10 zusätzlich zum Zylinder 30 empfangen. Ein Abgassensor 128 ist mit dem Auslassdurchgang 148 stromaufwärts einer Abgasreinigungsvorrichtung 178 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgewählt sein, wie beispielsweise einem linearen Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Breitband-Abgassauerstoffsensor), einem Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO- (wie dargestellt), einem HEGO- (erhitzter EGO), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Abgasreinigungsvorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Die Auslasstemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht dargestellt), die im Auslassdurchgang 148 angeordnet sind, abgeschätzt werden. Alternativ kann die Auslasstemperatur auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie z. B. Drehzahl, Last, Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), Spätzündung usw. abgeleitet werden. Ferner kann die Auslasstemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es kann erkannt werden, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine beliebige Kombination von hier aufgelisteten Temperaturabschätzverfahren abgeschätzt werden kann.
Jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. Der Zylinder 30 ist beispielsweise mit mindestens einem Einlasstellerventil 150 und mindestens einem Auslasstellerventil 156 gezeigt, die in einem oberen Bereich des Zylinders 30 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10, einschließlich des Zylinders 30, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile umfassen, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
Das Einlassventil 150 kann durch die Steuereinheit 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Ebenso kann das Auslassventil 156 durch die Steuereinheit 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils einen oder mehrere Nocken umfassen und können ein oder mehrere Systeme zur Nockenprofilschaltung (CPS), zur variablen Nockenzeitsteuerung (VCT), zur variablen Ventilzeitsteuerung (WT) und/oder zum variablen Ventilhub (WL) umfassen, die durch die Steuereinheit 12 betrieben werden können, um die Ventilbetätigung zu verändern. Die Position des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Der Zylinder 30 kann beispielsweise alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, umfassen. In noch anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktuator oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen Aktuator oder ein Betätigungssystem mit variabler Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 30 kann ein Kompressionsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis der Volumina, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt befindet, zum oberen Totpunkt ist. Herkömmlich liegt das Kompressionsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen verschiedene Kraftstoffe verwendet werden, kann jedoch das Kompressionsverhältnis erhöht werden. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn höheroktanige Kraftstoffe oder Kraftstoffe mit höherer latenter Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Kompressionsverhältnis kann auch erhöht werden, wenn Direkteinspritzung verwendet wird, aufgrund ihres Effekts auf das Kraftmaschinenklopfen. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung umfassen. Das Zündsystem 190 kann einen Zündfunken zur Brennkammer 30 über die Zündkerze 192 als Reaktion auf ein Frühzündsignal SA von der Steuereinheit 12 unter ausgewählten Betriebsmodi liefern. In einigen Ausführungsformen kann jedoch die Zündkerze 192 weggelassen werden, wie z. B. wenn die Kraftmaschine 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzung von Kraftstoff einleiten kann, wie es bei einigen Dieselkraftmaschinen der Fall sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen zum Zuführen von Kraftstoff zu diesem konfiguriert sein. Als nicht begrenzendes Beispiel ist der Zylinder 30 mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 166 gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 166 ist direkt mit dem Zylinder 30 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in diesen im Verhältnis zur Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuereinheit 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, gekoppelt gezeigt. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 166 das bereit, was als Direkteinspritzung (nachstehend auch als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bekannt ist. Obwohl 1 die Einspritzdüse 166 als Seiteneinspritzdüse zeigt, kann sie auch über dem Kolben angeordnet sein, wie z. B. nahe der Position der Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und die Verbrennung verbessern, wenn die Kraftmaschine mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, aufgrund der niedrigeren Flüchtigkeit von einigen Kraftstoffen auf Alkoholbasis. Alternativ kann die Einspritzdüse oben und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern.
Kraftstoff kann zu einer Kraftstoffeinspritzdüse 166 über ein Hochdruck-Kraftstoffsystem 80 mit Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und einer Kraftstoffverteilerleitung zugeführt werden, das schematisch in 2A dargestellt ist und hier genauer erörtert wird. Alternativ kann Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe mit einem niedrigeren Druck zugeführt werden, in welchem Fall der Zeitpunkt der Direktkraftstoffeinspritzung während des Kompressionshubs stärker begrenzt sein kann, als wenn ein Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet wird. Obwohl nicht gezeigt, können die Kraftstofftanks ferner einen Druckwandler aufweisen, der ein Signal zur Steuereinheit 12 liefert. Es ist zu erkennen, dass in einer alternativen Ausführungsform die Einspritzdüse 166 eine Kanaleinspritzdüse sein kann, die Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts des Zylinders 30 zuführt.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine. An sich kann jeder Zylinder ebenso seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse(en), Zündkerze usw. umfassen.
Kraftstofftanks im Kraftstoffsystem 80 können Kraftstoff mit verschiedenen Kraftstoffqualitäten, wie z. B. verschiedenen Kraftstoffzusammensetzungen, enthalten. Diese Unterschiede können einen unterschiedlichen Alkoholgehalt, eine unterschiedliche Oktanzahl, eine unterschiedliche Verdampfungswärme, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. umfassen. Beispielkraftstoffe umfassen E85 (der ein Gemisch von ungefähr 85 % Ethanol und 15 % Benzin umfasst), E10 (der ein Gemisch von ungefähr 10 % Ethanol und 90 % Benzin umfasst), 100 % Benzin oder eine Vielfalt von Gemischen dazwischen. Noch weitere Kraftstoffe umfassen Methanol, Diesel, Wasserstoff, Biodiesel usw.
Die Steuereinheit 12 ist in 1 als Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe/Ausgabe-Ports 108, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das als Festwertspeicherchip 110 in diesem speziellen Beispiel gezeigt ist, einem Direktzugriffsspeicher 112, einem Haltespeicher 114 und einem Datenbus gezeigt. Die Steuereinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren empfangen, die mit der Kraftmaschine 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen, einschließlich der Messung der angesaugten Luftmassenströmung (MAF) vom Luftmassensensor 122; der Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 116, der mit einer Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündaufnahmesignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor; eines Absolutkrümmerdrucksignals (MAP) vom Sensor 124, des Zylinder-AFR vom EGO-Sensor 128 und einer anomalen Verbrennung von einem Klopfsensor und einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor. Ein Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM kann durch die Steuereinheit 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe eines Unterdrucks oder Drucks im Einlasskrümmer zu liefern.
Der Speichermedium-Festwertspeicher 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Befehle darstellen, die durch den Prozessor 106 ausführbar sind, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten durchzuführen, die erwartet werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind.
2A stellt eine detaillierte Ansicht der Brennkammer 30 und des zugehörigen Kraftstoffsystems 80 dar, die in der Brennkraftmaschine 10, die in 1 dargestellt ist, enthalten sind.
Das Kraftstoffsystem 80 kann einen Kraftstofftank 202 umfassen, der eine Pumpe 204 zumindest teilweise umschließt. In einigen Beispielen kann die Pumpe 204 eine elektronisch betätigte Saugpumpe sein. In anderen Beispielen kann die Pumpe 204 jedoch ein anderer geeigneter Typ von Pumpe sein, wie z. B. eine mechanisch angetriebene Pumpe, eine rotodynamische Pumpe usw. Die Pumpe 204 kann mit der Steuereinheit 12, die in 1 dargestellt ist, elektronisch gekoppelt sein. Mit Fortsetzung mit 2A kann ein Kraftstofffilter 206 mit der Pumpe über eine Kraftstoffleitung 208 gekoppelt sein. Der Kraftstofffilter kann dazu konfiguriert sein, ungewollte Partikel aus dem Kraftstoff zu entfernen. Eine Kraftstoffverteilerleitung 210 kann mit dem Kraftstofffilter über eine Kraftstoffleitung 212 gekoppelt sein. Ebenso kann die Kraftstoffeinspritzdüse 166 mit der Kraftstoffverteilerleitung gekoppelt sein. Es ist zu erkennen, dass die Kraftstoffverteilerleitung 210 dazu konfiguriert sein kann, Kraftstoff zu mehreren Direktkraftstoffeinspritzdüsen, die in einer Mehrzylinderkraftmaschine enthalten sind, zuzuführen. Die Kraftstoffeinspritzdüse 166 kann dazu konfiguriert sein, ein Kraftstoffspray 213 während bestimmter Betriebsbedingungen direkt in den Zylinder zuzuführen.
Zusätzliche oder alternative Komponenten können im Kraftstoffsystem enthalten sein. Diese können eine mechanisch betätigte Pumpe (nicht dargestellt), die stromabwärts der Saugpumpe angeordnet ist, ein oder mehrere Rückschlagventile (nicht dargestellt), die stromabwärts der Saugpumpe angeordnet sind, ein oder mehrere Solenoidventile (nicht dargestellt), die stromabwärts der Saugpumpe gekoppelt sind, einen rückführungslosen Kraftstoffkreis (nicht dargestellt), der fluidtechnisch stromabwärts der Saugpumpe und mit dem Kraftstofftank gekoppelt ist, usw. umfassen, sind jedoch nicht darauf begrenzt.
2B zeigt eine detaillierte Ansicht der Kraftstoffeinspritzdüse 166. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Kraftstoffeinspritzdüse einen Hauptkörper 214, eine Düse 216 und ein Ventil 218. Die Düse kann dazu konfiguriert sein, ein Kraftstoffspray 213 direkt in die Brennkammer 30 zuzuführen. Das Kraftstoffspray weist einen Sprühwinkel θ auf. Die Kraftstoffeinspritzdüse 166 kann mit einer variablen Einspritzdüsenzielsetzung konfiguriert sein, wobei der Sprühwinkel θ und/oder eine Richtung (oder Orientierung) der Düse geändert wird, um einen Bereich zu ändern, über den Kraftstoff in die Brennkammer gesprüht wird. Das heißt, die Einspritzdüse kann beeinflusst werden, um eine breite oder schmale Kraftstoffverteilung zu erzeugen.
Außerdem können Unterschiede der Kraftstoffeinspritzdüsenformen, -öffnungsformen oder -geometrie und der Düsenkapazitäten verschiedene Sprühmuster erzeugen. In einem Beispiel kann die Düse 216 eine Kegeldüse sein, die ein Kraftstoffspray in Form eines Kegels erzeugt, wobei der Sprühwinkel θ auch als Kegelwinkel θ bezeichnet werden kann.
Alternative Düsen mit anderen Sprühmustern können auch verwendet werden, um Kraftstoff zur Brennkammer zuzuführen. Beispiele umfassen ein flaches Sprühmuster, ein Vollkegelsprühmuster, ein Hohlkegelsprühmuster, ein Mehrkegelsprühmuster usw.
In einigen Ausführungsformen kann der Sprühwinkel θ durch Ändern einer Druckdifferenz über der Kraftstoffeinspritzdüse verändert werden. Durch Verringern der Druckdifferenz kann beispielsweise der Sprühwinkel verkleinert werden. Die Druckdifferenz über der Kraftstoffeinspritzdüse kann über Einstellung des MAP und/oder des Kraftstoffverteilerleitungsdrucks in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs wie z. B. der Kraftstoffzusammensetzung, der Einlassventilposition, der Kraftmaschinentemperatur, der Umgebungstemperatur, des Einspritzzeitpunkts usw. geändert werden. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie z. B. wenn sich das Einlassventil während der Kraftstoffeinspritzung in einer offenen Position befindet, kann die Drosselklappe eingestellt werden, um den MAP zu ändern, um den Sprühwinkel θ einzustellen. Alternativ kann der Kraftstoffverteilerleitungsdruck über die Einstellung der Kraftstoffzuführungssystemkomponenten (z. B. der Saugpumpe und/oder von einem oder mehreren Ventilen) eingestellt werden, um den Sprühwinkel θ zu verändern.
Die Temperatur des Kraftstoffs und daher die Temperatur der Kraftstoffeinspritzdüse kann sich auch auf den Sprühwinkel θ auswirken. In einigen Ausführungsformen kann ein Kraftstoffeinspritzdüsen-Heizsystem verwendet werden, um den Sprühwinkel einzustellen. Kraftstoffeinspritzheizsysteme können jedoch Komponenten- und Betriebskosten zum Kraftmaschinensystem hinzufügen.
Wie in 3 ausgearbeitet, kann durch Einstellen eines Sprühwinkels als Reaktion auf eine Angabe einer Vorzündung (wie z. B. auf der Basis eines Zylindervorzündungszählwerts) eine Zylinderwandbenetzung verringert werden, während eine Konvektionskühlung einer Zylinderladung bereitgestellt wird. Durch Einstellen des Sprühmusters des Kraftstoffs, der durch eine Kraftstoffeinspritzdüse in eine Brennkammer verteilt wird, können Abgasemissionen gesenkt werden, die Ausgangsleistung kann über Konvektionskühlung erhöht werden und eine Grenzfunkenspanne kann vergrößert werden. An sich ermöglicht dies, dass ein Auftreten der Zylindervorzündung verringert wird.
3 stellt eine Beispielroutine 300 zum Einstellen eines Sprühwinkels von Kraftstoff, der in einen Kraftmaschinenzylinder eingespritzt wird, auf der Basis einer Angabe einer Vorzündung dar. Hier können Zylinder mit einer höheren Wahrscheinlichkeit einer Vorzündung in einem geteilten Einspritzmodus betrieben werden, wobei Kraftstoff als mehrere Einspritzungen in einem Kraftmaschinenzyklus zugeführt wird, um die Möglichkeit der Zylindervorzündung zu verringern. Ferner kann der Sprühwinkel jeder Einspritzung auf der Basis zumindest des Zeitpunkts der Einspritzung eingestellt werden. Demgegenüber können Zylinder mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit für Vorzündung in einem Einzeleinspritzmodus betrieben werden, wobei Kraftstoff als Einzeleinspritzung im gleichen Kraftmaschinenzyklus zugeführt wird, wobei der Sprühwinkel der Einzeleinspritzung auf der Basis zumindest des Zeitpunkts der Einzeleinspritzung eingestellt wird. Durch Einstellen des Sprühwinkels kann das Sprühmuster der Einspritzung eingestellt werden, um das Zylinderwandauftreffen von eingespritztem Kraftstoff zu verringern, während die Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder verbessert wird.
Bei 302 umfasst die Routine das Abschätzen und/oder Messen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Diese umfassen beispielsweise die Kraftmaschinendrehzahl und -last, die Drehmomentanforderung, die Aufladung, den Krümmerdruck (MAP), die Krümmerluftladungstemperatur (MCT), das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Lambda), den Kraftstoffalkoholgehalt usw. Bei 304 kann der Vorzündungszählwert jedes Zylinders bestimmt werden. In einem Beispiel kann der Vorzündungszählwert jedes Zylinders in einer Nachschlagetabelle in der Datenbank der Kraftmaschinensteuereinheit gespeichert werden. Die Nachschlagetabelle kann in regelmäßigen Intervallen (z. B. in jedem Kraftmaschinenzyklus, alle 50 Meilen, jede Stunde usw.) oder als Reaktion auf ein Auftreten einer Zylindervorzündung aktualisiert werden.
Der Vorzündungszählwert (PI-Zählwert) für jeden Zylinder kann beispielsweise einen Zylinder-Fahrt-PI-Zählwert und einen Zylinder-Lebensdauer-PI-Zählwert umfassen. Der Zylinder-Fahrt-PI-Zählwert kann eine Gesamtzahl von Vorzündungsereignissen im Zylinder über die gegenwärtige Fahrt oder den Kraftmaschinenzyklus darstellen. Der Zylinder-Lebensdauer-PI-Zählwert kann die Gesamtzahl von Vorzündungsereignissen im Zylinder über die Lebensdauer des Kraftmaschinenbetriebs darstellen. Ferner können individuelle Zylinder-Lebensdauer-PI-Zählwerte und Fahrt-PI-Zählwerte verwendet werden, um einen gesamten Kraftmaschinenlebensdauer- und Fahrt-PI-Zählwert zu bestimmen. An sich kann der PI-Zählwert jedes Zylinders den Vorzündungsverlauf des gegebenen Zylinders darstellen und kann mit der Neigung jedes Zylinders für weitere Vorzündungsereignisse korrelieren.
Bei 306 kann eine Kraftstoffeinspritzung für jeden Zylinder auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und des Zylindervorzündungszählwerts bestimmt werden. Insbesondere umfasst die Routine das Einstellen eines Zeitpunkts und einer Anzahl von Einspritzungen der Kraftstoffeinspritzung in einem einzelnen Kraftmaschinenzyklus auf der Basis des Vorzündungszählwerts und der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Außerdem kann ein Teilungsverhältnis der Einspritzung (das heißt, ein Verhältnis der Menge an Kraftstoff in jeder Einspritzung einer Mehrfacheinspritzung) auf der Basis des Vorzündungszählwerts eingestellt werden.
An sich kann unter ansonsten identischen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen das Vorkommen der Vorzündung in verschiedenen Zylindern aufgrund von Unterschieden bei der Herstellung sowie aufgrund von Unterschieden des Kompressionsverhältnisses, der effektiven Wärmeabgabe, der Kraftstoffeinspritzung usw. variieren. Aus zumindest einigen derselben Gründe kann das Vorkommen von Klopfen auch zwischen den Zylindern variieren. Zylinder mit einem höheren Auftreten von Vorzündung und Klopfen können sich aufgrund von darin erfahrenen höheren Verbrennungsdrücken früher verschlechtern. Durch Einstellen des Zeitpunkts und der Anzahl von Einspritzungen einer Kraftstoffeinspritzung in jeden Zylinder einer Kraftmaschine in einem einzelnen Kraftmaschinenzyklus auf der Basis eines Vorzündungszählwerts des Zylinders kann folglich ein hohes Vorkommen von anomalen Verbrennungsereignissen in einem gegebenen Zylinder verringert werden und die Zylinderverschlechterung aufgrund von Vorzündung kann eingedämmt werden.
Das Einstellen der Anzahl von Einspritzungen der Kraftstoffeinspritzung in einem einzelnen Kraftmaschinenzyklus umfasst das Erhöhen einer Anzahl von Einspritzungen im gleichen Kraftmaschinenzyklus, wenn der Zylindervorzündungszählwert über einen Schwellenwert ansteigt. In einem Beispiel kann die Kraftmaschine einen ersten Zylinder mit einem ersten, höheren Vorzündungszählwert (z. B. höher als ein Schwellenwert) und einen zweiten Zylinder mit einem zweiten, niedrigeren Vorzündungszählwert (z. B. niedriger als ein Schwellenwert) umfassen. Kraftstoff kann in den ersten Zylinder als geteilte Einspritzung eingespritzt werden, das heißt als mehrere Einspritzungen in einem Kraftmaschinenzyklus. Demgegenüber kann Kraftstoff in den zweiten Zylinder als Einzeleinspritzung im Kraftmaschinenzyklus eingespritzt werden. In einem anderen Beispiel können beide Zylinder eine geteilte Einspritzung empfangen, wobei Kraftstoff in den ersten Zylinder übereine größere Anzahl von Einspritzungen im Kraftmaschinenzyklus eingespritzt wird, und Kraftstoff in den zweiten Zylinder als kleinere Anzahl von Einspritzungen im Kraftmaschinenzyklus eingespritzt wird. In beiden Beispielen können die Anzahl von Einspritzungen und der Zeitpunkt jeder Einspritzung in den ersten Zylinder auf dem ersten Vorzündungszählwert basieren, während die Anzahl von Einspritzungen und der Zeitpunkt jeder Einspritzung in den zweiten Zylinder auf dem zweiten Vorzündungszählwert basieren.
In noch einem weiteren Beispiel kann der Kraftstoff in den ersten Zylinder geteilt eingespritzt werden, um den ersten Zylinder anzufetten, während der Kraftstoff in den zweiten Zylinder einzeln eingespritzt wird, um den zweiten Zylinder abzumagern. Die Anfettung des ersten Zylinders (z. B. die Dauer der Anfettung, die Menge an Anfettung usw.) kann auf der Basis des ersten Vorzündungszählwerts eingestellt werden, während die Abmagerung des zweiten Zylinders (z. B. Dauer der Abmagerung, Menge an Abmagerung usw.) auf der Basis des zweiten Vorzündungszählwerts eingestellt wird. Die Anfettung und Abmagerung können eingestellt werden, um ein gesamtes Abgas-Luft/Kraftstoff auf der oder in der Nähe der Stöchiometrie zu halten. Durch Vorsehen der Kraftstoffeinspritzung als mehrere Einspritzungen über einen Kraftmaschinenzyklus anstatt als Einzeleinspritzung kann der Vorzündungsmilderungseffekt der Kraftstoffeinspritzung verbessert werden und die Wahrscheinlichkeit für eine Vorzündung im Zylinder kann verringert werden.
Das Einstellen eines Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung umfasst das Einstellen des Zeitpunkts jeder Einspritzung auf einen die Vorzündung verringernden Einspritzzeitpunkt. An sich kann der die Vorzündung verringernde Einspritzzeitpunkt oder das Zeitfenster auf dem Zylindervorzündungszählwert basieren. Insbesondere kann das Fenster einem Zeitbereich entsprechen, in dem der Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt werden kann, um die Wahrscheinlichkeit einer weiteren Vorzündung zu verringern. Wenn der aktuelle Einspritzzeitpunkt (z. B. der mittlere Einspritzzeitpunkt der mehreren Einspritzungen) relativ zum die Vorzündung verringernden Einspritzzeitpunkt vorverlagert wird, kann der Zeitpunkt von einer oder mehreren der mehreren Einspritzungen verzögert werden, um den Einspritzzeitpunkt in das gewünschte Zeitfenster zu bringen. Wenn der aktuelle Einspritzzeitpunkt relativ zum die Vorzündung verringernden Einspritzzeitpunkt verzögert wird, kann der Zeitpunkt von einer oder mehreren der mehreren Einspritzungen demgegenüber vorverlagert werden, um den Einspritzzeitpunkt in das gewünschte Zeitfenster zu bringen. An sich kann das Einstellen des Zeitpunkts das Einstellen eines Starts des Einspritzzeitpunkts, eines Endes des Einspritzzeitpunkts, eines mittleren Einspritzzeitpunkts und einer Dauer zwischen den mehreren Einspritzungen umfassen. In einem anderen Beispiel kann, wenn die Anzahl von mehreren Einspritzungen in einem gegebenen Kraftmaschinenzyklus erhöht wird, ein Zeitpunkt von jeder der mehreren Einspritzungen derart eingestellt werden, dass der mittlere Einspritzzeitpunkt gleich wie für eine entsprechende Einzeleinspritzung gehalten wird.
Das Einstellen eines Teilungsverhältnisses der Kraftstoffeinspritzung kann das Einstellen der Menge an Kraftstoff, der in jeder der mehreren Einspritzungen eingespritzt wird (z. B. symmetrisch verteilt oder asymmetrisch verteilt), umfassen. In einem Beispiel kann das Teilungsverhältnis der mehreren Einspritzungen derart eingestellt werden, dass die erste Einspritzung fett ist, während die späteren Einspritzungen mager oder stöchiometrisch sind. In einem anderen Beispiel kann das Teilungsverhältnis der mehreren Einspritzungen derart eingestellt werden, dass jede Einspritzung gleich fett oder mager ist. Außerdem oder wahlweise können die Zeitpunkte von einer oder mehreren der mehreren Einspritzungen auf der Basis zumindest der Anzahl von Einspritzungen sowie des Teilungsverhältnisses der Einspritzungen eingestellt werden, so dass der mittlere Einspritzzeitpunkt relativ zur entsprechenden Einzeleinspritzung verzögert oder vorverlagert wird. Wenn beispielsweise eine kleinere Menge an Kraftstoff in der ersten Einspritzung eingespritzt wird (z. B. niedriger als eine Schwellenmenge), kann der Einspritzzeitpunkt vorverlagert werden. Hierbei kann die kleine Menge an Kraftstoff, die früh im Kraftmaschinenzyklus eingespritzt wird, Zylinderkühleffekte schaffen, die die Wahrscheinlichkeit für anomale Verbrennungsereignisse verringern können. Wenn eine größere Menge an Kraftstoff in der ersten Einspritzung eingespritzt wird (z. B. höher als die Schwellenmenge), kann der Einspritzzeitpunkt demgegenüber verzögert werden. Hierbei kann die größere Menge an Kraftstoff, die später im Kraftmaschinenzyklus eingespritzt wird, das Zylinderwandauftreffen von Kraftstoff verringern.
Ein Anteil von Kraftstoff, der direkt in den Zylinder eingespritzt wird, relativ zum Anteil von Kraftstoff, der in den Zylinder kanaleingespritzt wird, kann auch auf der Basis des Vorzündungszählwerts des Zylinders eingestellt werden. Der Anteil einer geteilten fetten Einspritzung, die direkt eingespritzt wird, kann beispielsweise erhöht werden, wenn der Zylindervorzündungszählwert über den Schwellenwert zunimmt, während der restliche Teil als Kanaleinspritzung bereitgestellt wird. Ferner können zur Berücksichtigung von Ladungskühlungseigenschaften des eingespritzten Kraftstoffs und ihres Effekts auf anomale Zylinderverbrennungsereignisse der Zeitpunkt und die Anzahl von Einspritzungen für die geteilte Einspritzung ferner auf der Basis eines Alkoholgehalts des eingespritzten Kraftstoffs eingestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Kraftstoffeinspritzdüse ferner dazu konfiguriert sein, ein Verdünnungsmittel (z. B. Wasser, Methanol, eine Kombination davon usw.) in den Zylinder einzuspritzen. Wenn ein Verdünnungsmittel zur Einspritzung zur Verfügung steht, können der Zeitpunkt und die Anzahl von Einspritzungen für die geteilte Einspritzung ferner auf der Basis des Oktangehalts des Verdünnungsmittels eingestellt werden. Die Anzahl von Einspritzungen kann beispielsweise erhöht werden, wenn der Alkoholgehalt des eingespritzten Kraftstoffs und/oder der Oktangehalt des Verdünnungsmittels zunimmt. Ebenso kann der Einspritzzeitpunkt ferner eingestellt (z. B. vorverlagert oder verzögert) werden, um die Kühleigenschaften des Kraftstoffs und/oder des Verdünnungsmittels auszunutzen. Ein Zeitpunkt, eine Verteilung und eine Anzahl von Einspritzungen des Verdünnungsmittels können auch auf der Basis des Zylindervorzündungszählwerts eingestellt werden. Die Verdünnungsmitteleinspritzung kann beispielsweise in einer Reaktion in geschlossener Schleife auf die Vorzündung, in einer Reaktion in offener Schleife oder einer Mitkopplungsreaktion auf die Vorzündung oder andere adaptive Weise geplant werden. Dies ermöglicht, dass die Verdünnungsmitteleinspritzung mit der Kraftstoffeinspritzung koordiniert wird, und die synergistischen Ladungskühlungsvorteile erreicht werden.
Bei 308 wird der Sprühwinkel der Kraftstoffeinspritzung auf der Basis zumindest des Zeitpunkts und der Anzahl von Einspritzungen eingestellt. Das Einstellen des Sprühwinkels umfasst das Verkleinern des Sprühwinkels, wenn der Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung näher am BDC liegt, und das Vergrößern des Sprühwinkels, wenn der Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung näher am TDC liegt. Durch Verkleinern des Sprühwinkels, wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung näher am BDC liegt, insbesondere im Fall von relativ frühen Einspritzzeitpunkten, kann der Teil des eingespritzten Kraftstoffs, der auf die Zylinderwand auftrifft, verringert werden, während ermöglicht wird, dass die Konvektionsladungskühleigenschaften der frühen Einspritzung genutzt werden. Durch Vergrößern des Sprühwinkels, wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung näher am TDC liegt, kann die Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder (insbesondere am Kolbenkopf) verbessert werden, wodurch die Ausgangsleistung verbessert wird. Beispiel-Sprühwinkeleinstellungen sind mit Bezug auf 4 gezeigt.
Der Sprühwinkel kann auch auf der Basis einer Auslassgeometrie der Einspritzdüse eingestellt werden. Der Sprühwinkel kann beispielsweise auf der Basis der Öffnungsgröße, der Öffnungsform, der Düsenform usw. der Einspritzdüse verändert werden. Es ist zu erkennen, dass zusätzlich zum Sprühwinkel eine Sprührichtung der Einspritzung auch auf der Basis der Angabe einer Vorzündung eingestellt werden kann.
In einem Beispiel können Einspritzdüsen mit mehreren Sprühmustern verwendet werden und das Sprühmuster und/oder der Sprühwinkel können durch Auswählen von verschiedenen Öffnungen unter verschiedenen Bedingungen eingestellt werden. Als Beispiel können die Einspritzdüsen piezoelektrisch betätigte Einspritzdüsen sein, wobei ein Tastverhältnis der Einspritzdüse verändert werden kann, um eine Position (z. B. Höhe) der Einspritzdüsennadel einzustellen. Hierbei kann die Höhe der Düsennadel den Strömungspfad und daher den Satz von Einspritzdüsenöffnungen, die während der Einspritzung verwendet werden (mit verschiedenen Sätzen von Öffnungen, die verschiedene Sprühmuster und/oder -winkel erzeugen), bestimmen.
Der Sprühwinkel kann ferner auf der Basis eines Alkoholgehalts des eingespritzten Kraftstoffs eingestellt werden. Der Sprühwinkel kann beispielsweise verkleinert werden, wenn der Alkoholgehalt des Kraftstoffs zunimmt. Unter einigen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, wie z. B. während Kaltstarts, kann die Wandbenetzung der Brennkammer und/oder des Einlasskrümmers verschlimmert werden, wenn ein Kraftstoff mit einer höheren Alkoholkonzentration im Kraftstoffzuführungssystem verwendet wird. Hierbei kann die durch den Alkohol verursachte gesteigerte Wandbenetzung durch Verkleinern des Sprühwinkels gemildert werden. Während des Kraftmaschinenstarts, wenn die Kraftmaschine mit einer gewissen Ventilüberschneidung betrieben werden kann, können insbesondere durch Verkleinern des Sprühwinkels der Kraftstoffverlust während der Ventilüberschneidung und der Verschleiß an den Kraftmaschinenkomponenten verringert werden. Ebenso kann der Sprühwinkel ferner auf der Basis eines Oktangehalts des eingespritzten Verdünnungsmittels eingestellt werden. In einem Beispiel kann der Sprühwinkel verkleinert werden, wenn der Oktangehalt des eingespritzten Verdünnungsmittels zunimmt.
In einigen Ausführungsformen kann der Sprühwinkel ferner auf der Basis des Verhältnisses des direkt eingespritzten Kraftstoffs zum kanaleingespritzten Kraftstoff eingestellt werden. Wie vorher ausgearbeitet, kann ein Teil der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder direkt eingespritzt werden, während ein restlicher Teil kanaleingespritzt wird, wobei ein Verhältnis des direkt eingespritzten Kraftstoffs relativ zum kanaleingespritzten Kraftstoff erhöht wird, wenn der Zylindervorzündungszählwert über den Schwellenwert zunimmt. Wenn der Anteil von Kraftstoff, der direkt eingespritzt wird, zunimmt, kann hierbei der Sprühwinkel verkleinert werden, um den Ladungskühleffekt der Direkteinspritzung auszunutzen.
In einer Ausführungsform können die Kraftstoffeinspritzeinstellungen auf einer Basis von Zylinder zu Zylinder für jeden Zylinder der Kraftmaschine durchgeführt werden, um einen Vorzündungszählwert jedes Zylinders näher zueinander zu bringen, wie z. B. auf einen gemeinsamen Vorzündungszählwert, während ein Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der oder in der Nähe der Stöchiometrie gehalten wird. In einem Beispiel kann der gemeinsame Vorzündungszählwert ein gewichteter Mittelwert des Vorzündungszählwerts aller Zylinder der Kraftmaschine sein. Alternativ kann der gemeinsame Vorzündungszählwert eine alternative statistische Funktion (z. B. Mittelwert, häufigster Wert, Medianwert usw.) der Vorzündungszählwerte aller Zylinder sein. Die Kraftstoffeinspritzungseinstellungen können auf der Anzahl von Kraftmaschinenzylindern mit einem Vorzündungszählwert über dem gemeinsamen Vorzündungszählwert, einer Anzahl von Zylindern mit einem Vorzündungszählwert unter dem gemeinsamen Vorzündungszählwert sowie einer Abweichung jedes Zylinders vom gemeinsamen Vorzündungszählwert basieren.
Bei 310 kann Kraftstoff in die Kraftmaschinenzylinder gemäß der bestimmten Anzahl von Einspritzungen pro Kraftmaschinenzyklus, zu den bestimmten Zeitpunkten und mit dem bestimmten Sprühwinkel eingespritzt werden. Drehmomentstörungen, die durch die Einstellungen an der Zylinderkraftstoffeinspritzung entstehen, können unter Verwendung von entsprechenden Zündfunken-Zeitpunkteinstellungen (z. B. unter Verwendung von Spätzündung) kompensiert werden.
In einem Beispiel kann Kraftstoff in einen ersten Zylinder mit einem ersten, höheren Vorzündungszählwert in einem ersten Sprühwinkel eingespritzt werden, wobei der erste Sprühwinkel auf dem ersten Vorzündungszählwert basiert. Gleichzeitig kann Kraftstoff in einen zweiten Zylinder mit einem zweiten, niedrigeren Vorzündungszählwert in einem zweiten, anderen Sprühwinkel eingespritzt werden, wobei der zweite Sprühwinkel auf dem zweiten Vorzündungszählwert basiert. Die Kraftstoffeinspritzung in den ersten Zylinder und die Kraftstoffeinspritzung in den zweiten Zylinder können eingestellt werden, um den ersten und den zweiten Vorzündungszählwert auf einen gemeinsamen Vorzündungszählwert zu bringen, während ein Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der oder in der Nähe der Stöchiometrie gehalten wird. Auf diese Weise kann Kraftstoff in jeden Zylinder mit einem anderen Sprühmuster auf der Basis der Neigung jedes Zylinders zur Vorzündung eingespritzt werden, um ein hohes Auftreten der Vorzündung in irgendeinem gegebenen Zylinder zu verringern.
Bei 312 kann festgestellt werden, ob ein Zylindervorzündungsereignis aufgetreten ist. Wenn ja, dann kann bei 314 als Reaktion auf das Auftreten eines Zylindervorzündungsereignisses der Zylindervorzündungszählwert des betroffenen Zylinders erhöht werden, der Zylinder kann für eine Dauer angefettet werden und der Sprühwinkel der Kraftstoffeinspritzung kann ferner auf der Basis der Anfettung eingestellt werden.
In einem Beispiel kann als Reaktion auf das Auftreten der Vorzündung die Anzahl von mehreren Einspritzungen in einer geteilten Einspritzung erhöht werden. Durch Schaffen der Anfettung als größere Anzahl von Einspritzungen kann hier die Vorzündungsmilderung verbessert werden. Als weiteres Beispiel kann der Zeitpunkt der mehreren Einspritzungen in der geteilten fetten Einspritzung eingestellt werden, um den Einspritzzeitpunkt weiter vorzuverlegen oder zu verzögern und/oder eine Dauer zwischen den mehreren Einspritzungen zu verlängern. Als noch ein weiteres Beispiel kann das Teilungsverhältnis der mehreren Einspritzungen eingestellt werden, um die Anfettung der ersten Einspritzung relativ zu den späteren Einspritzungen zu erhöhen (beispielsweise durch Verlängern der Dauer oder Menge der ersten Einspritzung). Alternativ kann die Anfettung von jeder der mehreren Einspritzungen erhöht werden. Die Einspritzungsverteilung kann auch eingestellt werden, wobei ein größerer Anteil von Kraftstoff direkt eingespritzt wird im Vergleich zum Anteil, der kanaleingespritzt wird. In einem Beispiel kann im Wesentlichen alles der fetten Kraftstoffeinspritzung über eine Direkteinspritzdüse zugeführt werden. Noch ferner kann die Einspritzung von alternativen höheroktanigen Kraftstoffen und/oder Verdünnungsmitteln eingestellt werden (z. B. kann die Anzahl von Einspritzungen erhöht werden, eine Dauer jeder Einspritzung kann verlängert werden, eine Menge an Kraftstoff oder Verdünnungsmittel, der/das eingespritzt wird, kann erhöht werden, usw.), um eine konvektive Zylinderluftladungskühlung zu schaffen, die die Vorzündungsneigung verringern kann.
In einem weiteren Beispiel kann als Reaktion auf eine Vorzündung, die auftritt, während ein Zylinder mit einer Einzelkraftstoffeinspritzung arbeitet, der Zylinderbetrieb von einem Einzeleinspritzmodus auf einen geteilten Einspritzmodus umgestellt werden, um den Vorzündungsmilderungseffekt des eingespritzten Kraftstoffs zu verbessern. Durch Schaffen der Kraftstoffeinspritzmenge vielmehr als geteilte Einspritzung als als Einzeleinspritzung kann die Vorzündung hier gemildert werden.
Durch Einstellen eines Zeitpunkts und einer Anzahl von Einspritzungen in jeden Zylinder sowie eines Sprühwinkels der Kraftstoffeinspritzung auf der Basis des Vorzündungszählwerts des Zylinders können auf diese Weise Vorzündungsmilderungsfaktoren verwendet werden, um zur Vorzündung beitragende Faktoren auszugleichen und zu kompensieren. Eine auf Luft und Kraftstoff basierende Vorzündungsmilderung und Konvektionsladungskühleffekte können beispielsweise verwendet werden, um das Zylinderwandauftreffen von Kraftstoff und die Raucherzeugung zu kompensieren. Mit anderen Worten, ein Einspritzplan kann auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eingestellt werden, um einige Attribute auszutauschen, um andere Attribute zu nutzen, wodurch eine gesamte Vorzündungstendenz der Kraftmaschine verringert wird.
Beispiel-Sprühwinkeleinstellungen werden nun mit Bezug auf 4 beschrieben. Insbesondere zeigt 4 ein erstes Beispiel 400 und ein zweites Beispiel 450 einer Sprühwinkeleinstellung, wobei die Sprühwinkel gemäß der Routine von 3 bestimmt werden. An sich können die Beispiele von 4 eine Kraftstoffeinspritzung widerspiegeln, die während eines Einlasshubs des Zylinders durchgeführt wird.
Das erste Beispiel 400 stellt einen ersten Kraftmaschinenzylinder 330 mit einem ersten, höheren Vorzündungszählwert und eine erste Kraftstoffeinspritzdüse 366, die dazu konfiguriert ist, Kraftstoff und/oder Verdünnungsmittel in den ersten Zylinder einzuspritzen, dar. Das zweite Beispiel 450 stellt einen zweiten Kraftmaschinenzylinder 430 mit einem zweiten, niedrigeren Vorzündungszählwert und eine zweite Kraftstoffeinspritzdüse 466, die dazu konfiguriert ist, Kraftstoff und/oder Verdünnungsmittel in den zweiten Zylinder einzuspritzen, dar. Eine Kraftmaschinensteuereinheit kann Kraftstoff geteilt in den ersten Zylinder einspritzen, um den ersten Zylinder 330 anzufetten. Ein Zeitpunkt und eine Anzahl von Einspritzungen der geteilten Einspritzung können auf dem ersten Vorzündungszählwert basieren. Die Steuereinheit kann auch Kraftstoff in den zweiten Zylinder einzeln einspritzen, um den zweiten Zylinder 430 abzumagern. Ein Zeitpunkt und eine Anzahl von Einspritzungen der einzelnen Einspritzung können auf dem zweiten Vorzündungszählwert basieren. Im dargestellten Beispiel kann ein Zeitpunkt von mindestens einer der Einspritzungen der geteilten Einspritzung (z. B. die erste der mehreren Einspritzungen) vorverlagert werden, so dass die Einspritzung stattfindet, wenn ein Kolben 338 näher am BDC als am TDC liegt. Unter Verwendung mindestens einer relativ frühen Einspritzung kann eine Zylinderladungskühlung erreicht werden. Demgegenüber kann der Zeitpunkt der Einzeleinspritzung stattfinden, wenn ein Kolben 438 näher am TDC als am BDC liegt.
Die Steuereinheit kann einen ersten Sprühwinkel θ1 der ersten Kraftstoffeinspritzdüse 366 auf der Basis der geteilten Einspritzung einstellen, während sie den zweiten Sprühwinkel θ2 der zweiten Kraftstoffeinspritzdüse 466 auf der Basis der Einzeleinspritzung einstellt. Hier wird in Reaktion darauf, dass sich der Zeitpunkt der geteilten Einspritzung in den ersten Zylinder 330 dem TDC nähert, der erste Sprühwinkel θ1 vergrößert. Das heißt, für die frühere Einlasshubeinspritzung kann ein breiteres Sprühmuster verwendet werden. Auf diese Weise kann die Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder nahe dem Kolbenkopf verbessert werden. Demgegenüber wird in Reaktion darauf, dass sich der Zeitpunkt der Einzeleinspritzung in den zweiten Zylinder 430 dem BDC nähert, der zweite Sprühwinkel θ2 verkleinert. Das heißt, für die spätere Einlasshubeinspritzung kann ein schmaleres Sprühmuster verwendet werden. Ferner kann das schmälere Sprühmuster in Richtung einer Mulde an der Oberseite des Kolbens gerichtet werden, so dass es sich zu einem relativ fetteren Gemisch (im Vergleich zur Einspritzung mit breiterem Sprühmuster) in der Nähe der Zündkerze konzentriert. Dies ermöglicht eine verbesserte Zündung sowie das Erleichtern der Verbrennung der relativ magereren restlichen Ladung. Durch Verkleinern des Sprühwinkels kann eine Menge an Kraftstoff, die auf die Zylinderwand auftrifft und eine Zylinderwandbenetzung verursacht, verringert werden. Folglich wird eine Menge an Kraftstoff, die sich während eines Zylinderverbrennungsereignisses von den Zylinderwänden lösen kann, verringert, was das Risiko senkt, dass der auftreffende Kraftstoff als Zündquelle für ein zukünftiges Zylindervorzündungsereignis wirkt.
Durch Einstellen eines Sprühwinkels des in einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffs als Reaktion auf eine Angabe einer Vorzündung kann auf diese Weise das Sprühmuster im Zylinder verändert werden, um die Vorzündung zu mildern. Durch Verändern des Sprühmusters im Zylinder können insbesondere Konvektionsladungskühleffekte einer frühen Kraftstoffeinspritzung verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit der Vorzündung zu verringern. Gleichzeitig kann der Sprühwinkel eingestellt werden, um das Zylinderwandauftreffen des eingespritzten Kraftstoffs zu verringern und die Zylinder-Luft/Kraftstoff-Mischung zu verbessern. Auf diese Weise kann eine Kraftmaschinenverschlechterung aufgrund einer Vorzündung verringert werden, während die Kraftmaschinenkraftstoffsparsamkeit und die Abgasemissionen verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen Beispiel-Steuer- und - Abschätzroutinen bei verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. durch ein Ereignis gesteuert, durch eine Unterbrechung gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. An sich können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Sequenz, parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern ist für eine leichte Erläuterung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten speziellen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen graphisch einen in das computerlesbare Speichermedium im Kraftmaschinensteuersystem zu programmierenden Code darstellen.
Es ist zu erkennen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als die Integration von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen breiter, schmaler, gleich oder anders sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzdüse, das Einstellen eines Sprühwinkels einer Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder auf der Basis einer Angabe einer Vorzündung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Angabe der Vorzündung einen Vorzündungszählwert des Zylinders umfasst, wobei das Verfahren ferner das Einstellen eines Zeitpunkts und einer Anzahl von Einspritzungen der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder in einem einzelnen Kraftmaschinenzyklus auf der Basis des Vorzündungszählwerts umfasst, wobei das Einstellen des Sprühwinkels der Kraftstoffeinspritzung auf dem Zeitpunkt und der Anzahl von Einspritzungen basiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen des Sprühwinkels das Verkleinern des Sprühwinkels, wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung näher am BDC liegt, und das Vergrößern des Sprühwinkels, wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung näher am TDC liegt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einstellen des Zeitpunkts und der Anzahl von Einspritzungen das Erhöhen der Anzahl von Einspritzungen im Kraftmaschinenzyklus, wenn der Vorzündungszählwert über einen Schwellenwert zunimmt, und das Einstellen eines Zeitpunkts jeder Einspritzung auf einen die Vorzündung verringernden Einspritzzeitpunkt umfasst, wobei der die Vorzündung verringernde Einspritzzeitpunkt auf dem Vorzündungszählwert des Zylinders basiert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Sprühwinkel ferner auf der Basis eines Alkoholgehalts des eingespritzten Kraftstoffs eingestelltwird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse dazu konfiguriert ist, ein Verdünnungsmittel in den Zylinder einzuspritzen, und wobei der Sprühwinkel ferner auf der Basis eines Oktangehalts des eingespritzten Verdünnungsmittels eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sprühwinkel ferner auf der Basis einer Auslassgeometrie der Kraftstoffeinspritzdüse eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen auf einer Basis von Zylinder zu Zylinder für jeden Zylinder der Kraftmaschine durchgeführt wird, um einen Vorzündungszählwert jedes Zylinders auf einen gemeinsamen Vorzündungszählwert zu bringen, während ein Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der oder in der Nähe der Stöchiometrie gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner als Reaktion auf das Auftreten einer Zylindervorzündung das Erhöhen des Vorzündungszählwerts des Zylinders, das Anfetten des Zylinders für eine Dauer und ferner das Einstellen des Sprühwinkels auf der Basis der Anfettung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse eine Kegeldüse aufweist und wobei das Einstellen des Sprühwinkels das Einstellen eines Kegelwinkels der Kraftstoffeinspritzung umfasst.