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Motoren können mit Abgasrückführungssystemen (AGR-Systemen) konfiguriert werden, um mindestens etwas Abgas von einer Motorauslasspassage zu einer Motoransaugpassage umzuleiten. Indem die AGR so gesteuert wird, dass sie eine gewünschte Motorverdünnung liefert, können die Motorpumparbeit, das Motorklopfen sowie NOx-Emissionen reduziert werden. Beispielsweise gestattet bei Drosselarbeitsbedingungen das Bereitstellen einer AGR für die Zylinder des Motors, dass die Drossel für die gleiche Motorlast in einem größeren Ausmaß geöffnet wird. Durch Reduzieren der Drosselung des Motors können Pumpverluste reduziert werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Außerdem können durch Bereitstellen einer AGR für den Motor Verbrennungstemperaturen reduziert werden (insbesondere bei Implementierungen, wo die AGR vor der Zuführung zu den Zylindern gekühlt wird). Kühlere Verbrennungstemperaturen liefern eine Motorklopffestigkeit und erhöhen somit die thermische Effizienz des Motors. Noch weiter reduziert die AGR eine Verbrennungsflammtemperatur, was eine während der Verbrennung generierte NOx-Menge reduziert. Bei einem Beispiel wird während eines Verbrennungszyklus die ganze AGR und der Kraftstoff an die Zylinder eines Motors nach der Ansaugventilöffnung geliefert.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch bei einem derartigen Ansatz ein potentielles Problem identifiziert. Beispielsweise kann die an die Motorzylinder gelieferte AGR-Menge durch eine Motorverdünnungsgrenze, bei der sich die Verbrennungsstabilität verschlechtert, begrenzt sein.
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Somit können bei einem Beispiel einige der obigen Probleme durch ein Verfahren mindestens teilweise behandelt werden, das Folgendes umfasst: bei einer ersten Temperatur und einer ersten Motordrehzahl und -last, Liefern einer ersten AGR-Menge an einen Zylinder; und bei der ersten Motordrehzahl und -last, wenn die Motordrehzahl von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur ansteigt, Einspritzen einer ersten Kraftstoffmenge nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen und Liefern einer zweiten AGR-Menge an den Zylinder, die größer ist als die erste AGR-Menge, nach dem Ansaugventilöffnen.
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Durch Einspritzen einer Kraftstoffmenge nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen kann der Kraftstoff mit heißen/warmen Bedingungen im Zylinder interagieren. Eine derartige Interaktion bewirkt, dass mindestens ein Teil des Kraftstoffs in chemische Radikale umgewandelt wird. Jene chemischen Radikale wirken dann als Katalysator zum Verbessern der Verbrennung während des Verdichtungs- und Verbrennungshubs. Mit anderen Worten senken die durch die Kraftstoffeinspritzung nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen erzeugten zusätzlichen chemischen Radikale die Motorverdünnung, um eine stabile Verbrennung mit einer erhöhten AGR-Menge relativ zu einem Ansatz zu erleichtern, bei dem der Kraftstoff lediglich nach dem Ansaugventilöffnen eingespritzt wird. Die erhöhte AGR-Konzentration kann die Motortemperatur senken, um Emissionen zu reduzieren und die Effizienz und die Motorklopffestigkeit zu erhöhen.
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Es versteht sich, dass die vorliegende kurze Darstellung vorgelegt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung, die folgt, näher beschrieben werden. Sie soll keine wichtigen oder essenziellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich durch die Ansprüche definiert wird, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die etwaige oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Motorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung und AGR in einem Motor gemäß einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Steuerns der Kraftstoffeinspritzung bei einer ersten Motortemperatur darstellt.
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4 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Steuerns der AGR bei der ersten Motortemperatur darstellt.
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5 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Steuerns der Kraftstoffeinspritzung bei einer zweiten Motortemperatur darstellt, die über der ersten Motortemperatur liegt.
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6 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Steuerns der AGR bei der zweiten Motortemperatur darstellt.
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7 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Steuerns der AGR bei einer dritten Motortemperatur darstellt, die über der zweiten Motortemperatur liegt.
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8 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Steuerns der AGR bei einer dritten Motortemperatur darstellt.
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9 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von als Ergebnis verschiedener Kraftstoffeinspritzereignisse erzeugten Kohlenmonoxid-Radikale darstellt.
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10 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von als Ergebnis verschiedener Kraftstoffeinspritzereignisse erzeugten Dihydrogen-Radikalen darstellt.
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Ausführliche Beschreibung
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Die vorliegende Beschreibung betrifft das Steuern eines Motors, damit er unter einigen Bedingungen mit einer höheren AGR-Konzentration arbeitet, während die Verbrennungsstabilität aufrechterhalten wird. Insbesondere beinhaltet der Ansatz das Einspritzen einer kleinen Kraftstoffmenge nahe dem Zeitpunkt des Auslassventilschließens und vor dem Ansaugventilöffnen das, was als eine negative Ventilüberlappung bezeichnet werden kann, gefolgt von einer Einspritzung einer zweiten größeren Menge zur Verbrennung. Wenn sich die erste eingespritzte Kraftstoffmenge mit Restabgas in dem heißen Zylinder mischt, wird mindestens ein Teil des Kraftstoffs in chemische Radikale umgewandelt, die als ein Katalysator für die Verbrennung während des folgenden Verbrennungszyklus wirken. Mit anderen Worten erleichtern die durch die anfängliche Einspritzung während der negativen Ventilüberlappung erzeugten chemischen Radikalen die stabile Verbrennung, selbst wenn eine AGR-Konzentration in dem Zylinder erhöht wird. Bei einem Beispiel kann dieser Steueransatz auf einen Fremdzündungsmotor mit Direkteinspritzung angewendet werden, der ein AGR-System enthält, wie in 1 gezeigt. Die vorliegende Beschreibung kann jedoch auch Vorzüge für Dieselmotoren und Motoren mit alternativen Kraftstoffen bereitstellen. Dementsprechend ist diese Offenbarung nicht auf einen bestimmten Motortyp oder eine bestimmte AGR-Systemkonfiguration beschränkt. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Motors, damit er mit einer höheren AGR-Konzentration arbeitet, während die Verbrennungsstabilität aufrechterhalten wird. Die 3–8 zeigen simulierte relevante Signale, wenn ein Motor und ein AGR-System gemäß dem Verfahren von 2 betrieben werden. Die 9–10 zeigen Beispiele von Konzentrationen von chemischen Radikalen, die als Ergebnis verschiedener Kraftstoffeinspritzungsereignisse erzeugt werden.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer oder eines Zylinders eines Verbrennungsmotors 10. Der Motor 10 kann Steuerparameter von einem Steuersystem einschließlich Controller 12 und Eingabe von einem Fahrzeugbediener 130 über eine Eingabeeinrichtung 132 empfangen. Bei diesem Beispiel beinhaltet die Eingabeeinrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Generieren eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch "Brennkammer") 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 enthalten. Der Kolben 138 kann an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Weiterhin kann ein Anlassermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um eine Anlassoperation des Motors 10 zu ermöglichen.
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Der Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftpassagen 142, 144 und 146 empfangen. Die Ansaugluftpassage 146 kann zusätzlich zum Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. Bei einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Ansaugpassagen eine Aufladeeinrichtung wie etwa einen Turbolader oder einen Supercharger (Auflader) enthalten. Beispielsweise zeigt 1 den Motor 10 mit einem Turbolader, der einen Verdichter 174, der zwischen den Ansaugpassagen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176, die entlang der Auslasspassage 148 angeordnet ist, enthält. Der Verdichter 174 kann über eine Welle 180 mindestens teilweise durch die Abgasturbine 176 angetrieben werden, wenn die Aufladeeinrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. Bei anderen Beispielen jedoch, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Supercharger ausgestattet ist, kann die Abgasturbine 176 optional entfallen, wenn der Verdichter 174 durch mechanische Eingabe von einem Elektromotor oder dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Eine Drossel 20 mit einer Drosselplate 164 kann entlang einer Ansaugpassage des Motors vorgesehen sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck der an die Motorzylinder gelieferten Ansaugluft zu variieren. Beispielsweise kann die Drossel 20 hinter dem Verdichter 174 angeordnet sein, wie in 1 gezeigt, oder kann alternativ vor dem Verdichter 174 vorgesehen sein.
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Die Auslasspassage 148 kann zusätzlich zum Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 empfangen. Ein Abgassensor 128 ist vor einer Abgasreinigungseinrichtung 178 an die Auslasspassage 148 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 128 kann unter verschiedenen geeigneten Sensoren gewählt werden, um eine Anzeige des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas zu liefern, wie etwa eine lineare Sauerstoffsonde oder ein UEGO (Univeral or Wide-Range Exhaust Gas Oxygen-Breitbandsonde für Sauerstoff), einen Zweizustands-Sauerstoffsensor oder einen EGO (wie dargestellt), eine HEGO (Heated EGO) oder einen Nox-, HC- oder CO-Sensor, als Beispiel. Bei der Abgasreinigungseinrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (TWC – Three-Way Catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungseinrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
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Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere nicht gezeigte Temperatursensoren gemessen werden, die sich in der Auslasspassage 148 befinden. Alternativ kann auf die Auslasstemperatur auf der Basis von Motorarbeitsbedingungen wie etwa Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR – Air-Fuel Ratio), Spätzündung usw. geschlossen werden. Weiterhin kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es versteht sich, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine Kombination aus hier aufgeführten Temperaturschätzverfahren geschätzt werden kann.
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Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Ansaugventile und ein oder mehrere Auslassventile enthalten. Beispielsweise ist der Zylinder 14 so gezeigt, dass er mindestens ein Ansaugtellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156 enthält, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders 14 befinden. Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Ansaugtellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile enthalten, die sich in einem oberen Gebiet des Zylinders befinden.
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Das Ansaugventil 150 kann durch den Controller 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Analog kann das Auslassventil 156 durch den Controller 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können ein oder mehrere Systeme der Nockenprofilumschaltung (CPS – Cam Profile Switching), der variablen Nockensteuerung (VCT – Variable Cam Timing), der variablen Ventilsteuerung (VVT – Variable Valve Timing) und/oder des variablen Ventilhubs (VVL – Variable Valve Lift) verwenden, die vom Controller 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Operation des Ansaugventils 150 und des Auslassventils 156 können durch nicht gezeigte Ventilpositionssensoren und/oder Nockenwellenpositionssensoren 155 beziehungsweise 157 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Ansaug- und/oder Auslassventil über elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Ansaugventil und ein über Nockenbetätigung einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme gesteuertes Auslassventil enthalten. Bei noch weiteren Ausführungsformen können die Ansaug- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktuator oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen Aktuator oder ein Betätigungssystem mit variabler Ventilsteuerung gesteuert werden.
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Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis von Volumina ist, wenn sich der Kolben 138 beim unteren Totpunkt befindet, bis zum oberen Totpunkt. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. Bei einigen Beispielen jedoch, wenn andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis erhöht werden. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn höheroktanige Kraftstoffe oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann auch erhöht werden, falls wegen seines Effekts auf das Motorklopfen Direkteinspritzung verwendet wird.
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Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Initiieren einer Verbrennung enthalten. Das Zündsystem 190 kann unter gewählten Arbeitsmodi als Reaktion auf ein Spätzündungssignal SA vom Controller 12 über eine Zündkerze 192 einen Zündfunken an die Brennkammer 14 liefern. Bei einigen Ausführungsformen kann jedoch die Zündkerze 192 entfallen, wie etwa, wenn der Motor 10 eine Verbrennung durch Selbstzündung oder durch die Einspritzung von Kraftstoff initiieren kann, wie dies bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
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Eine Kraftstoffeinspritzdüse 166 ist direkt an den Zylinder gekoppelt gezeigt, um proportional zu der Impulsbreite eines über einen elektronischen Treiber 168 vom Controller 12 empfangenen Signals FPW Kraftstoff dort direkt einzuspritzen. Auf diese Weise liefert die Kraftstoffeinspritzdüse 166 das, was als Direkteinspritzung (im Folgenden auch als "DI" bezeichnet) von Kraftstoff in den Brennzylinder 14 bekannt ist. Während 1 die Einspritzdüse 166 als eine seitliche Einspritzdüse zeigt, kann sie sich auch über dem Kolben befinden, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann das Mischen und die Verbrennung vergrößern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, und zwar aufgrund der geringeren Flüchtigkeit einiger alkoholbasierter Kraftstoffe. Alternativ kann die Einspritzdüse oben und nahe dem Ansaugventil angeordnet sein, um das Mischen zu vergrößern. Der Kraftstoff kann an die Kraftstoffeinspritzdüse 166 von einem Hochdruckkraftstoffsystem 8 geliefert werden, das Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und eine Kraftstoffrail enthält. Alternativ kann Kraftstoff über eine einstufige Kraftstoffpumpe bei niedrigerem Druck zugeführt werden. Weiterhin können die Kraftstofftanks einen Druckwandler aufweisen, der ein Signal an den Controller 12 liefert.
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Es versteht sich, dass der Motor zwar in einer Ausführungsform durch Einspritzen von Kraftstoff über eine einzelne Direkteinspritzdüse betrieben werden kann, bei alternativen Ausführungsformen kann der Motor unter Einsatz von zwei Einspritzdüsen (einer Direkteinspritzdüse 166 und einer Saugkanaleinspritzdüse) und Variieren einer relativen Einspritzmenge von jeder Einspritzdüse betrieben werden.
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Der Kraftstoff kann durch die Einspritzdüse dem Zylinder während eines einzelnen Takts des Zylinders zugeführt werden. Weiterhin können die Verteilung und/oder die von der Einspritzdüse zugeführte relative Kraftstoffmenge mit Arbeitsbedingungen wie etwa Motortemperatur, Umgebungstemperatur usw. variieren, wie hier unten beschrieben. Weiterhin können pro Takt für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs durchgeführt werden. Die Mehrfacheinspritzungen können während des Verdichtungshubs, des Ansaughubs oder irgendeiner angemessenen Kombination davon durchgeführt werden.
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Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Als solcher kann jeder Zylinder auf ähnliche Weise seinen eigenen Satz von Ansaug-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüsen, Zündkerze usw. enthalten.
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Der Motor 10 kann weiterhin ein AGR-System 194 enthalten, das einen oder mehrere Abgasrückführungspassagen zum Rückführen eines Teils des Abgases von dem Motorauslass zum Motoreinlass enthält. Als solches kann durch Rückführen von etwas Abgas eine Motorverdünnung beeinflusst werden, was die Motorleistung möglicherweise erhöht, indem Motorklopfen, Zylinderverbrennungsspitzentemperaturen und -drücke, Drosselungsverluste und NOx-Emissionen reduziert werden. In der dargestellten Ausführungsform kann Abgas von der Auslasspassage 148 über die AGR-Passage 141 zur Ansaugpassage 144 zurückgeführt werden. Die an die Ansaugpassage 148 gelieferte AGR-Menge kann durch den Controller 12 über das AGR-Ventil 143 variiert werden. Weiterhin kann ein AGR-Sensor 145 innerhalb der AGR-Passage angeordnet sein und eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases liefern.
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Es versteht sich, dass die Ausführungsform von 1 zwar das Bereitstellen von Niederdruck (LP-AGR) über eine LP-AGR-Passage zeigt, die zwischen den Motoreinlass vor dem Turboladerverdichter und den Motorauslass hinter (stromabwärts) der Turbine gekoppelt ist, der Motor bei alternativen Ausführungsformen konfiguriert sein kann, auch Hochdruck-AGR (HP-AGR) über eine HP-AGR-Passage bereitzustellen, die zwischen den Motoreinlass hinter dem Verdichter und den Motorauslass vor der Turbine gekoppelt ist. Bei einem Beispiel kann ein HP-AGR-Strom unter Bedingungen wie etwa der Abwesenheit von durch den Turbolader geliefertem Ladedruck bereitgestellt werden, während ein LP-AGR-Strom während Bedingungen wie etwa bei Anwesenheit von Turbolader-Ladedruck und/oder wenn eine Abgastemperatur über einem Schwellwert liegt, bereitgestellt werden kann. Wenn unterschiedliche HP-AGR-und LP-AGR-Passage enthalten sind, können die jeweiligen AGR-Ströme über Justierungen an jeweiligen AGR-Ventilen gesteuert werden.
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Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, einschließlich einer Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsports 108, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem bestimmten Beispiel als ein Festwertspeicherchip 110 gezeigt, Direktzugriffsspeicher 112, Erhaltungsspeicher 114 und einem Datenbus. Beispielsweise können der ROM 110, der RAM 112 oder der KAM 114 alleine oder zusammen ein computerlesbares Medium darstellen, das programmiert werden kann, um Anweisungen aufzunehmen, die durch den Prozessor 106 ausgeführt werden können, um den Betrieb des Motors 10 zu steuern. Der Controller 12 kann von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale enthalten, zusätzlich zu jenen bereits erörterten Signalen, einschließlich einer Messung eines angesaugten Luftmassenstroms (MAF – Mass Air Flow) von einem Luftmassenstromsensor 122, einem Zündungsprofilaufnehmersignal (PIP – Profile Ignition Pickup) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist, Drosselposition (TP – Throttle Position) von einem Drosselpositionssensor und ein Krümmerabsolutdrucksignal (MAP – Manifold Absolute Pressure) vom Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal RPM kann durch den Controller 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige über Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer zu liefern. Zu noch weiteren Sensoren können Kraftstoffstandssensoren und Kraftstoffzusammensetzungssensoren zählen, die an den oder die Kraftstofftanks des Kraftstoffsystems gekoppelt sind.
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Weiterhin kann der Controller 12 Signale empfangen, die verschiedene, den Motor 10 betreffende Temperaturen anzeigen können. Beispielsweise kann die Motorkühlmitteltemperatur (ECT – Engine Coolant Temperature) von einem an eine Kühlmuffe 118 gekoppelten Temperatursensor 116 an den Controller 12 geschickt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Sensor 128 eine Anzeige der Abgastemperatur an den Controller 12 liefern. Der Sensor 181 kann eine Anzeige der Öltemperatur oder Ölviskosität an den Controller 12 senden. Der Sensor 182 kann eine Anzeige der Umgebungstemperatur an den Controller 12 senden. Einer oder mehrere dieser Sensoren können eine Anzeige einer Motortemperatur liefern, die von dem Controller 12 zum Steuern des Betriebs des Motors verwendet werden kann. Beispielsweise können die Motortemperatur und/oder die Umgebungstemperatur zum Steuern der Kraftstoffeinspritzdüse 166 in Verbindung mit dem AGR-Ventil 143 verwendet werden, um unter einigen Bedingungen eine vergrößerte AGR bereitzustellen, während eine stabile Verbrennung aufrechterhalten wird, wie unten ausführlicher erörtert wird.
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Bei einem Beispiel enthält der Controller 12 einen Prozessor und ein computerlesbares Medium mit Anweisungen, diese sind bei Ausführung durch den Prozessor: Liefern einer ersten AGR-Menge über das AGR-System 194 an den Zylinder 14 bei einer ersten Motortemperatur und einer ersten Motordrehzahl und -last. Weiterhin bei der ersten Motordrehzahl und -last, wenn die Motortemperatur von der ersten Motortemperatur auf eine zweite Motortemperatur ansteigt, Einspritzen einer ersten Kraftstoffmenge nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen über die Kraftstoffeinspritzdüse 166, während eine zweite AGR-Menge, die größer ist als die erste AGR-Menge, nach dem Ansaugventilöffnen über das AGR-System 194 an den Zylinder geliefert wird.
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Durch Einspritzen der ersten Kraftstoffmenge während einer negativen Ventilüberlappung kann der Kraftstoff in dem Zylinder erwärmt und zu chemischen Radikalen umgewandelt werden, die als Katalysator für die Verbrennung wirken. Die zusätzlichen chemischen Radikale senken die Verdünnungshöhe in dem Zylinder, was gestattet, dass die zusätzliche AGR hinzugefügt wird, ohne dass sich die Verbrennung verschlechtert. Auf diese Weise kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden und die Motoreffizienz und die Motorklopffestigkeit können erhöht werden.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das computerlesbare Medium des Controllers 12 weiterhin Anweisungen auf, diese sind bei Ausführung durch den Prozessor: bei der ersten Motordrehzahl und -last, wenn die Motortemperatur von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur ansteigt, Einspritzen einer zweiten Kraftstoffmenge, die größer ist als die erste Kraftstoffmenge, nach dem Ansaugventilöffnen. In einigen Fällen kann die erste Kraftstoffmenge, die nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen eingespritzt wird, als eine Piloteinspritzung bezeichnet werden, und die zweite Kraftstoffmenge, die nach dem Ansaugventilöffnen eingespritzt wird, kann als die Haupteinspritzung bezeichnet werden. Bei einem bestimmten Beispiel wird die erste Kraftstoffmenge innerhalb von 20 Kurbelwellenwinkeln nach dem Auslassventilschließen eingespritzt, und die zweite Kraftstoffmenge wird innerhalb von 20 Kurbelwellengraden nach dem Ansaugventilöffnen eingespritzt. Es versteht sich, dass die zeitliche Steuerung der Haupteinspritzung auf der Basis von Arbeitsbedingungen wie etwa Motordrehzahl und -last variieren können.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das computerlesbare Medium des Controllers 12 weiterhin Anweisungen auf, diese sind bei Ausführung durch den Prozessor: Einspritzen von im Wesentlichen keinem Kraftstoff zwischen der Einspritzung der ersten Kraftstoffmenge und der Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge. Durch Deaktivieren der Kraftstoffeinspritzdüse 166 zwischen der ersten Kraftstoffmenge und der zweiten Kraftstoffmenge kann die erste Kraftstoffmenge mit dem restlichen Abgas in dem Zylinder interagieren, um in entsprechende chemische Radikale umzuwandeln, die eine stabile Verbrennung unterstützen. Es versteht sich, dass die zeitliche Steuerung zwischen den Einspritzungen auf der Basis von Arbeitsbedingungen wie etwa Motordrehzahl und -last variieren kann.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das computerlesbare Medium des Controllers 12 weiterhin Anweisungen auf, die bei Ausführen durch den Prozessor: bei der ersten Temperatur und der ersten Motordrehzahl und -last, Einspritzen einer dritten Kraftstoffmenge, die im Wesentlichen gleich einer Summe aus der ersten Kraftstoffmenge und der zweiten Kraftstoffmenge ist, nach dem Ansaugventilöffnen. Beispielsweise kann unter einigen Bedingungen, wenn eine kleinere AGR-Menge an den Zylinder 14 geliefert wird, die Piloteinspritzung zugunsten einer größeren Haupteinspritzung entfallen, die eine stabile Verbrennung mit dieser kleineren AGR-Menge berücksichtigen kann.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das computerlesbare Medium des Controllers 12 weiterhin Anweisungen auf, diese sind bei Ausführung durch den Prozessor: bei einer zweiten Motordrehzahl und -last, die größer ist als die erste Motordrehzahl und -last, Liefern einer dritten AGR-Menge, die kleiner ist als die erste AGR-Menge, an den Zylinder. Beispielsweise kann unter Bedingungen hoher Motordrehzahl und -last, wie etwa bei einer weit offenen Drossel (z.B. Fahrpedal-Tip-in), die an den Zylinder 14 gelieferte AGR-Menge zugunsten einer erhöhten Motorausgabe reduziert werden, um die hohe Motorlast zu erfüllen.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das computerlesbare Medium des Controllers 12 weiterhin Anweisungen auf, diese sind bei Ausführung durch den Prozessor: bei einer dritten Temperatur, die unter der ersten Temperatur liegt, Liefern einer dritten AGR- Menge, die kleiner ist als die erste AGR-Menge, an den Zylinder. Beispielsweise kann unter einigen Bedingungen, wie etwa bei Bedingungen niedriger Umgebungstemperatur, die an den Zylinder 14 gelieferte AGR-Menge reduziert werden, weil die AGR den Zylinder bis zu einem Grad kühlen kann, dass er den Motorbetrieb beeinflusst. Bei einem Beispiel ist die dritte Temperatur kleiner als ein Temperaturschwellwert, der einem Katalysatoranspringen entspricht, und die dritte AGR-Menge ist im Wesentlichen null. Mit anderen Worten kann das AGR-Ventil 143 während Bedingungen mit kaltem Motor geschlossen werden, so dass im Wesentlichen keine AGR über das AGR-System 194 an den Zylinder 14 geliefert wird. Auf diese Weise kann Abgas an die Abgasreinigungseinrichtung 178 geliefert werden, um sie schneller auf die Katalysatoranspringtemperatur zu erwärmen.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Kraftstoffeinspritzung und die AGR unterschiedlich gesteuert, wenn die Temperatur für eine gegebene Motordrehzahl und -last variiert, um eine zusätzliche AGR zu liefern, wenn dies geeignet ist, während eine stabile Verbrennung aufrechterhalten wird. Insbesondere kann bei niedrigeren Temperaturen eine niedrigere AGR-Menge nach dem Ansaugventilöffnen an die Zylinder geliefert werden, während eine einzelne Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Die Haupteinspritzung kann eine geeignete Menge an chemischen Radikalen liefern, um die niedrigere AGR-Menge stabil zu verbrennen. Weiterhin kann bei höheren Temperaturen eine größere AGR-Menge geliefert werden und die Kraftstoffeinspritzung kann in eine während einer negativen Ventilüberlappung durchgeführte Piloteinspritzung und eine nach dem Ansaugventilöffnen durchgeführte Haupteinspritzung aufgeteilt wird, während die größere AGR-Menge an die Zylinder geliefert wird. Die Piloteinspritzung vergrößert die Menge an chemischen Radikalen in dem Zylinder, was die Verdünnungshöhe in den Zylindern senkt, was das stabile Verbrennen der größeren AGR-Menge gestattet.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen steuern die Kraftstoffeinspritzung und die AGR für eine gegebene Motordrehzahl und -last. Es versteht sich, dass dies lediglich ein Beispiel für eine gegebene Bedingung ist, bei der die Kraftstoffeinspritzung und die AGR bei variierender Temperatur gesteuert werden können. Bei einer weiteren Ausführungsform enthält der Controller 12 einen Prozessor und ein computerlesbares Medium mit Anweisungen, die bei Ausführen durch den Prozessor: für eine gegebene Bedingung bei einer niedrigeren Temperatur, Arbeiten mit einer niedrigeren AGR-Menge und einer nach dem Ansaugventilöffnen während eines Ansaughubs beginnenden einzelnen Direktkraftstoffeinspritzung. Weiterhin, für eine gegebene Bedingung bei einer höheren Temperatur, Arbeiten mit einer größeren AGR-Menge, wobei eine erste Direktkraftstoffeinspritzung nach dem Abgasventilschließen, aber vor dem Ansaugventilöffnen, beginnt, und eine nach dem Ansaugventilöffnen beginnende zweite Direktkraftstoffeinspritzung.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das computerlesbare Medium des Controllers 12 weiterhin Anweisungen auf, diese sind bei Ausführung durch den Prozessor: Verbrennen der ersten und zweiten Einspritzung als eine Mischung in einem Motorzylinder. Bei einigen Ausführungsformen ist die kleinere AGR-Menge größer als null. Bei einigen Ausführungsformen verläuft die zweite Direktkraftstoffeinspritzung nur während des Ansaughubs. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die einzelne Direktkraftstoffeinspritzung nur während der negativen Ventilüberlappung zwischen Ansaug- und Auslassventilöffnen. Bei einigen Ausführungsformen umfassen die erste und zweite Einspritzung alle Einspritzungen für einen Verbrennungszyklus, in dem sie verbrennen. Bei einigen Ausführungsformen treten für die gegebene Bedingung bei der niedrigeren Temperatur keine Direkteinspritzungen in den Zylinder während einer negativen Ventilüberlappung zwischen Ansaug- und Auslassventilöffnen auf.
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Man beachte, dass die AGR und die Kraftstoffeinspritzung auf der Basis von Verbrennungsstabilitätsgrenzen gesteuert werden können, jenseits derer möglicherweise eine vergrößerte Wahrscheinlichkeit einer verschlechterten Verbrennung vorliegt, einschließlich Teilverbrennungen, Fehlzündungen, erhöhte Abgasemissionen und/oder reduzierte Drehmomentabgabe von dem Zylinder.
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Auf diese Weise ermöglicht das System von 1 ein Verfahren zum Betreiben eines Motors, wobei eine gewünschte Motorverdünnung durch Kombinieren mehrerer Motorverdünnungsmittel bereitgestellt wird, wobei die Verdünnungsmittel auf der Basis jeweiliger Verbrennungsstabilitätsgrenzen gewählt werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 200 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung und der AGR unter verschiedenen Arbeitsbedingungen. Insbesondere wird unter einigen Arbeitsbedingungen die Kraftstoffeinspritzung justiert, um eine vergrößerte AGR-Menge zu berücksichtigen, während die Verbrennungsstabilität aufrechterhalten wird. Bei einem Beispiel kann das Verfahren 200 durch einen in 1 gezeigten Controller 12 durchgeführt werden. Bei 202 kann das Verfahren 200 das Bestimmen von Arbeitsbedingungen beinhalten. Das Bestimmen von Arbeitsbedingungen kann das Empfangen von Informationen von verschiedenen Komponenten des Motors 10 beinhalten. Beispielsweise kann der Controller 12 Arbeitszustandsinformationen von verschiedenen Ventilen einschließlich Ansaugventil 150, Auslassventil 156, AGR-Ventil 143 usw. empfangen. Weiterhin kann das Bestimmen einer Arbeitsbedingung das Überwachen verschiedener Arbeitsparameter des Motors 10 oder das Empfangen von Signalen von verschiedenen, an den Motor 10 gekoppelten Sensoren beinhalten. Zu den überwachten Parametern können beispielsweise Motor-/Zylindertemperatur, Umgebungstemperatur, Abgastemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Motorverdünnung, Motorlast, Motordrehzahl usw. zählen.
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Bei 204 kann das Verfahren 200 das Bestimmen beinhalten, ob eine Motordrehzahl und -last innerhalb eines bezeichneten Arbeitsbereichs liegen. Bei einigen Ausführungsformen enthält der bezeichnete Arbeitsbereich einen Teildrosselarbeitsbereich, wo die AGR bereitgestellt werden kann, um die Motoreffizienz zu erhöhen. Bei einigen Ausführungsformen kann der bezeichnete Arbeitsbereich einen oberen Schwellwert aufweisen, wo die AGR reduziert werden kann oder zugunsten des Bereitstellens einer vergrößerten Motorausgabe nicht bereitgestellt wird, um die hohe Motorlast zu erfüllen. Bei einigen Ausführungsformen kann der bezeichnete Arbeitsbereich einen niedrigeren Schwellwert aufweisen, wo die AGR reduziert oder nicht bereitgestellt wird, wie etwa bei Motorleerlauf. Falls bestimmt wird, dass die Motordrehzahl und -last innerhalb des bezeichneten Arbeitsbereichs liegen, geht das Verfahren 200 dann zu 206. Ansonsten geht das Verfahren 200 zu 218.
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Bei 206 kann das Verfahren 200 das Bestimmen beinhalten, ob eine Motortemperatur über einem Motortemperaturschwellwert liegt. Bei einem Beispiel entspricht der Temperaturschwellwert einer Katalysatoranspringtemperatur. Allgemein kann diese Bestimmung verwendet werden, um zu entscheiden, ob das Abgas zur Abgasreinigungseinrichtungserwärmung oder zur Abgasrückführung gelenkt werden sollte. Falls bestimmt wird, dass die Motortemperatur über dem Temperaturschwellwert liegt, geht das Verfahren 200 dann zu 208. Ansonsten geht das Verfahren 200 zu 220.
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Bei 208 kann das Verfahren 200 das Bestimmen beinhalten, ob die Motortemperatur steigt. Ein Anstieg bei der Motortemperatur kann eine Gelegenheit für das Liefern einer größeren AGR-Menge an die Zylinder des Motors anzeigen, um die Wahrscheinlichkeit des Motorklopfens und dergleichen zu reduzieren. Falls bestimmt wird, dass die Motortemperatur steigt, geht das Verfahren 200 dann zu 210. Ansonsten geht das Verfahren 200 zu 216.
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Bei 210 kann das Verfahren 200 das Einspritzen einer ersten Kraftstoffmenge in Zylinder des Motors nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen beinhalten. Bei einem Beispiel wird die erste Kraftstoffmenge innerhalb von 20 Kurbelwinkelgraden nach dem Auslassventilschließen eingespritzt. Man beachte, dass die erste Kraftstoffmenge nahe an dem Auslassventilschließen eingespritzt werden kann, damit der Kraftstoff erwärmt werden kann, so dass eine geeignete Kraftstoffmenge in chemische Radikale umgewandelt wird, um die Verbrennung zu verbessern.
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Bei 212 kann das Verfahren 200 das Einspritzen einer zweiten Kraftstoffmenge in die Zylinder nach dem Ansaugventilöffnen beinhalten. Die zweite Kraftstoffmenge kann größer sein als die erste Kraftstoffmenge. Mit anderen Worten kann die erste Einspritzung eine Piloteinspritzung einer relativ kleinen Kraftstoffmenge sein, um als ein Katalysator für die Verbrennung zu wirken, und die zweite Einspritzung kann eine Haupteinspritzung einer wesentlichen Kraftstoffmenge zur Verbrennung sein. Bei einem Beispiel wird die zweite Kraftstoffmenge innerhalb von 20 Kurbelwellengraden nach dem Ansaugventilöffnen für die gegebene Motordrehzahl und -last eingespritzt. Es versteht sich jedoch, dass die Zeitsteuerung der zweiten Einspritzung in einigen Fällen mit der Motordrehzahl und -last variieren kann.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 das Einspritzen von im Wesentlichen keinen Kraftstoff zwischen der Einspritzung der ersten Kraftstoffmenge und der Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge beinhalten. Mit anderen Worten ist die Kraftstoffeinspritzung zwischen den beiden Einspritzungsereignissen nicht kontinuierlich. Zwischen den beiden Einspritzungsereignissen darf kein Kraftstoff eingespritzt werden, damit der Kraftstoff von dem ersten Einspritzungsereignis sich erwärmen und in chemische Radikale umwandeln kann, um als Katalysator zum Verbessern der Verbrennung zu wirken.
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Bei 214 kann das Verfahren 200 das Liefern einer ersten AGR-Menge an die Zylinder des Motors nach dem Ansaugventilöffnen beinhalten. Bei einem Beispiel kann die erste AGR-Menge zugeführt werden, indem das in 1 gezeigte AGR-Ventil 143 betätigt wird. Bei einigen Ausführungsformen wird die erste AGR-Menge an den Zylinder geliefert, während die zweite Kraftstoffmenge in die Zylinder eingespritzt wird.
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Bei 216 kann das Verfahren 200 das Einspritzen einer dritten Kraftstoffmenge in die Zylinder nach dem Ansaugventilöffnen beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen ist die dritte Menge im Wesentlichen gleich einer Summe aus der ersten Kraftstoffmenge und der zweiten Kraftstoffmenge. Mit anderen Worten ändert sich bei einer gegebenen Motordrehzahl und -last die im Verlauf eines Verbrennungszyklus eingespritzte Kraftstoffmenge möglicherweise nicht, aber die Zeitsteuerung, wann der Kraftstoff eingespritzt wird, kann auf der Basis der Temperatur und der den Zylindern zugeführten AGR-Menge variieren.
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Bei 218 kann das Verfahren 200 das Liefern einer zweiten AGR-Menge an den Zylinder des Motors nach dem Ansaugventilöffnen beinhalten. Die zweite AGR-Menge kann kleiner sein als die erste AGR-Menge. Die kleinere AGR-Menge kann an die Zylinder geliefert werden, weil die Temperatur nicht steigt und somit für die Klopffestigkeit und dergleichen möglicherweise weniger AGR benötigt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite AGR-Menge den Zylindern zugeführt werden, während die dritte Kraftstoffmenge in die Zylinder eingespritzt wird.
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Bei 220 kann das Verfahren 200 das Liefern einer dritten AGR-Menge an die Zylinder des Motors nach dem Ansaugventilöffnen beinhalten. Die dritte AGR-Menge kann kleiner sein als die zweite AGR-Menge. Bei einigen Ausführungsformen ist die dritte AGR-Menge im Wesentlichen null. Beispielweise kann während kalten Umgebungsbedingungen, wenn die Abgasreinigungseinrichtung unter einer Anspringtemperatur ist, die AGR zugunsten des Lenkens von Abgas durch die Abgasreinigungseinrichtung zu Erwärmungszwecken abgeschaltet werden.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die dritte AGR-Menge bei einer zweiten Motordrehzahl und -last, die größer ist als die erste Motordrehzahl und -last, an die Zylinder geliefert werden. Beispielsweise kann die AGR-Menge bei Bedingungen voller Drossel oder hoher Motorlast relativ zu Teildrosselbedingungen reduziert werden, um die Motorausgabe zu erhöhen, um die hohe Motorlast zu erfüllen.
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Durch Einspritzen von Kraftstoff nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen, wenn die Temperatur für eine gegebene Motordrehzahl und -last steigt, kann der Kraftstoff in chemische Radikale umgewandelt werden. Jene chemischen Radikale können dann als Katalysator wirken, um die Hauptverbrennung während des Verdichtungs- und Verbrennungshubs zu verbessern. Eine derartige Verbrennungsverbesserung kann die Verbrennungsstabilität erhöhen und ermöglichen, dass der Motor für eine höhere Kraftstoffeffizienz und geringere Emissionen bei einer höheren AGR-Konzentration arbeitet, während die Motorklopffestigkeit verbessert wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren für eine gegebene Bedingung bei einer niedrigeren Temperatur das Arbeiten mit einer niedrigeren AGR-Menge und einer nach dem Ansaugventilöffnen während eines Ansaughubs beginnenden einzelnen Direktkraftstoffeinspritzung beinhalten. Das Verfahren beinhaltet weiterhin für die gegebene Bedingung bei einer höheren Temperatur das Arbeiten mit einer größeren AGR-Menge, einer nach dem Auslassventilschließen, aber vor dem Ansaugventilöffnen, beginnenden ersten Direktkraftstoffeinspritzung und einer nach dem Ansaugventilöffnen beginnenden zweiten Direktkraftstoffeinspritzung. Bei einigen Ausführungsformen ist die gegebene Bedingung eine gegebene Motordrehzahl und -last. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren weiterhin das Verbrennen der ersten und zweiten Einspritzung als eine Mischung in einem Motorzylinder. Bei einigen Ausführungsformen ist die kleinere AGR-Menge größer als null. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die zweite Direktkraftstoffeinspritzung nur während des Ansaughubs. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die einzelne Direktkraftstoffeinspritzung nur während einer negativen Ventilüberlappung zwischen Ansaug- und Auslassventilöffnen. Bei einigen Ausführungsformen umfassen die erste und zweite Einspritzung alle Einspritzungen für einen Verbrennungszyklus, in dem sie verbrennen. Bei einigen Ausführungsformen erfolgen für die gegebene Bedingung bei der niedrigeren Temperatur keine Direkteinspritzungen zu dem Zylinder während einer negativen Ventilüberlappung zwischen Ansaug- und Auslassventilöffnen.
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Es versteht sich, dass die hierin offenbarten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Systemkonfigurationen verwendet werden können. Diese Routinen können eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgetrieben, interruptgetrieben, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Als solches können die offenbarten Prozessschritte (Operationen, Funktionen und/oder Handlungen) einen in ein computerlesbares Speichermedium in einem elektronischen Steuersystem zu programmierenden Code darstellen.
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Es versteht sich, dass einige der hierin beschriebenen und/oder dargestellten Prozessschritte bei einigen Ausführungsformen entfallen können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Gleichermaßen ist die angegebene Sequenz der Prozessschritte möglicherweise nicht immer erforderlich, um die beabsichtigten Ergebnisse zu erzielen, wird aber zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung vorgelegt. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen, Funktionen oder Operationen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Zudem werden die Ausdrücke "erster", "zweiter" und "dritter" usw. lediglich als Etiketten verwendet und sollen keine nummerischen Anforderungen oder eine bestimmte Positionsreihenfolge auf ihren Objekten oder Elementen auferlegen.
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Die 3–8 zeigen Diagramme von simulierten relevanten Signalen, wenn ein AGR-System gemäß dem oben beschriebenen Verfahren 200 betrieben wird. Man beachte, dass für alle Diagramme die Arbeitsbedingungen die gleichen Arbeitsbedingungen beinhalten können, wie etwa die gleiche Motordrehzahl und -last. Die 3 und 4 zeigen Diagramme von Kraftstoffeinspritzungs- und AGR- Ventilsteuersignalen, die über einen Verbrennungszyklus bei einer ersten Motortemperatur über Kurbelwinkelgraden einer Kurbelwelle aufgetragen sind. Die 5 und 6 zeigen Diagramme von Kraftstoffeinspritzungs- und AGR-Ventilsteuersignalen, die über einen Verbrennungszyklus bei einer zweiten Motortemperatur, die größer ist als die erste Motortemperatur, über Kurbelwinkelgraden einer Kurbelwelle aufgetragen sind. Die 7 und 8 zeigen Diagramme von Kraftstoffeinspritzungs- und AGR-Ventilsteuersignalen, die über einen Verbrennungszyklus bei einer dritten Motortemperatur, die größer ist als die zweite Motortemperatur, über Kurbelwinkelgraden einer Kurbelwelle aufgetragen sind.
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3 zeigt ein Steuerbefehlssignal für eine Kraftstoffeinspritzdüse (z.B. die Kraftstoffeinspritzdüse 166 von 1) bei einer ersten Temperatur. Die X-Achse stellt Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt das Kraftstoffeinspritzdüsenbefehlssignal dar. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird bestromt, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn sich das Signal auf einem höheren Niveau (z.B. 1) befindet, und abgeschaltet, um keinen Kraftstoff einzuspritzen, wenn es sich auf einem niedrigeren Niveau (z.B. 0) befindet. Insbesondere wird bei dieser niedrigsten der drei Temperaturen für die gegebenen Bedingungen eine erste Kraftstoffmenge nach dem Ansaugventilöffnen eingespritzt. Bei dem dargestellten Beispiel wird die Kraftstoffmenge bei 390 Kurbelwinkelgraden eingespritzt. Die erste Kraftstoffmenge kann eine für den Verbrennungszyklus eingespritzte Gesamtkraftstoffmenge sein.
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4 zeigt ein Steuerbefehlssignal für ein AGR-Ventil (z.B. das AGR-Ventil 143 von 1) bei einer ersten Temperatur. Die X-Achse stellt Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt das AGR-Ventilbefehlssignal dar. Das AGR-Ventil wird bestromt, zu öffnen und AGR an die Zylinder zu liefern, wenn sich das Signal auf einem höheren Niveau (z.B. 1) befindet, und abzuschalten, um die AGR zu schließen und nicht den Zylindern bei einem niedrigen Niveau (z.B. 0) zuzuführen. Insbesondere wird bei dieser niedrigsten der drei Temperaturen für die gegebenen Bedingungen eine erste AGR-Menge geliefert, während die erste Kraftstoffmenge in die Zylinder eingespritzt wird. Die erste AGR-Menge kann bei niedrigeren Temperaturen kleiner sein oder manchmal überhaupt nicht existieren, da zu viel AGR möglicherweise die Zylinder mehr als erwünscht kühlt. Zudem kann Abgas zu Abgasreinigungseinrichtungen zum Erwärmen anstatt zur Rückführung als AGR umgelenkt werden.
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5 zeigt ein Steuerbefehlssignal für eine Kraftstoffeinspritzdüse (z.B. die Kraftstoffeinspritzdüse 166 von 1) bei einer zweiten Temperatur. Die X-Achse stellt Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt das Kraftstoffeinspritzdüsenbefehlssignal dar. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird bestromt, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn sich das Signal auf einem höheren Niveau (z.B. 1) befindet, und abgeschaltet, um keinen Kraftstoff einzuspritzen, wenn es sich auf einem niedrigeren Niveau (z.B. 0) befindet. Insbesondere wird bei der zweiten Temperatur, die über der ersten Temperatur für die gegebenen Bedingungen liegt, die erste Kraftstoffmenge nach dem Ansaugventilöffnen eingespritzt. Mit anderen Worten wird die gleiche Kraftstoffmenge zur gleichen Zeit für die erste Temperatur und die zweite Temperatur eingespritzt.
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6 zeigt ein Steuerbefehlssignal für ein AGR-Ventil (z.B. das AGR-Ventil 143 von 1) bei einer zweiten Temperatur. Die X-Achse stellt Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt das AGR-Ventilbefehlssignal dar. Das AGR-Ventil wird bestromt, zu öffnen und AGR an die Zylinder zu liefern, wenn sich das Signal auf einem höheren Niveau (z.B. 1) befindet, und abzuschalten, um die AGR zu schließen und nicht den Zylindern bei einem niedrigen Niveau (z.B. 0) zuzuführen. Insbesondere wird bei der zweiten Temperatur für die gegebenen Bedingungen eine zweite AGR-Menge nach dem Ansaugventilöffnen zugeführt, die größer ist als die erste AGR-Menge. Beispielsweise kann die den Zylindern zugeführte AGR-Menge von der ersten AGR-Menge zur zweiten AGR-Menge gesteigert werden, wenn die Temperatur von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur ansteigt, weil die AGR die Zylindertemperatur senkt und die Wahrscheinlichkeit von Motorklopfen reduziert. Die AGR-Menge kann vergrößert werden, ohne die Kraftstoffeinspritzungsmenge zu vergrößern, bis zu einer Verdünnungsgrenze, wo sich die Verbrennung verschlechtert. In dem dargestellten Beispiel wird die zweite AGR-Menge den Zylindern zugeführt, während die erste Kraftstoffmenge in die Zylinder eingespritzt wird. Weiterhin beträgt bei der dargestellten Ausführungsform die zweite AGR-Menge das Doppelte der ersten AGR-Menge, doch ist dies lediglich ein nichtbeschränkendes Beispiel, und beliebige geeignete Zunahmen bei der AGR können den Zylindern zugeführt werden, wenn die Temperatur steigt, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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7 zeigt ein Steuerbefehlssignal für eine Kraftstoffeinspritzdüse (z.B. die Kraftstoffeinspritzdüse 166 von 1) bei einer dritten Temperatur. Die X-Achse stellt Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt das Kraftstoffeinspritzdüsenbefehlssignal dar. Die Kraftstoffeinspritzdüse wird bestromt, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn sich das Signal auf einem höheren Niveau (z.B. 1) befindet, und abgeschaltet, um keinen Kraftstoff einzuspritzen, wenn es sich auf einem niedrigeren Niveau (z.B. 0) befindet. Insbesondere wird bei der dritten Temperatur, die über der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur für die gegebenen Bedingungen liegt, eine zweite Kraftstoffmenge nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen eingespritzt. Die zweite Kraftstoffmenge wirkt als eine Piloteinspritzung, die chemische Radikale vergrößert, was eine Verdünnungshöhe in den Zylindern reduziert, um eine zusätzliche AGR zu berücksichtigen, während eine stabile Verbrennung aufrechterhalten wird. In der dargestellten Ausführungsform wird die zweite Kraftstoffmenge geringfügig nach dem Auslassventilschließen (z.B. 333 Kurbelwinkelgrade) eingespritzt. Die zweite Kraftstoffmenge kann nahe an dem Auslassventilschließen eingespritzt werden, um eine größere Interaktion des Kraftstoffs mit den erwärmten Zylindern zu gestatten, um die Umwandlung des Kraftstoffs in chemische Radikale zu erleichtern.
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Weiterhin wird eine dritte Kraftstoffmenge nach dem Ansaugventilöffnen eingespritzt. Die dritte Kraftstoffmenge ist eine Haupteinspritzung, um die Verbrennung während des Verdichtungs- und Arbeitshubs des Verbrennungszyklus zu erleichtern. In dem dargestellten Beispiel wird die dritte Kraftstoffmenge bei 390 Kurbelwinkelgraden eingespritzt. Bei einigen Ausführungsformen kann die in 3 und 5 gezeigte erste Kraftstoffmenge im Wesentlichen gleich einer Summe aus der zweiten Kraftstoffmenge und der dritten Kraftstoffmenge sein. Mit anderen Worten ändert sich die bei jeder der verschiedenen Temperaturen eingespritzte Kraftstoffmenge möglicherweise nicht. Vielmehr ändert sich die Zeitsteuerung, bei der Teile der Gesamtkraftstoffmenge eingespritzt werden.
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8 zeigt ein Steuerbefehlssignal für ein AGR-Ventil (z.B. das AGR-Ventil 143 von 1) bei einer dritten Temperatur. Die X-Achse stellt Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt das AGR-Ventilbefehlssignal dar. Das AGR-Ventil wird bestromt, zu öffnen und AGR an die Zylinder zu liefern, wenn sich das Signal auf einem höheren Niveau (z.B. 1) befindet, und abzuschalten, um die AGR zu schließen und nicht den Zylindern bei einem niedrigen Niveau (z.B. 0) zuzuführen. Insbesondere wird bei der dritten Temperatur für die gegebenen Bedingungen eine dritte AGR-Menge nach dem Ansaugventilöffnen zugeführt, die größer ist als die erste AGR-Menge und die zweite AGR-Menge. Beispielsweise kann die den Zylindern zugeführte AGR-Menge von der zweite AGR-Menge zur dritten AGR-Menge gesteigert werden, wenn die Temperatur von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur ansteigt, weil die AGR die Zylindertemperatur senkt und die Wahrscheinlichkeit von Motorklopfen reduziert. Die AGR-Menge kann von der zweiten AGR-Menge zur dritten AGR-Menge vergrößert werden, ohne die Kraftstoffeinspritzungsmenge zu vergrößern, indem die Gesamtkraftstoffmenge in die Piloteinspritzung und die Haupteinspritzung aufgeteilt wird. Die Piloteinspritzung vergrößert die Anzahl chemischer Radikale in den Zylindern zum Zeitpunkt der Verbrennung, was die Verdünnungshöhe des Zylinders senkt, um eine zusätzliche AGR zu berücksichtigen, während eine stabile Verbrennung aufrechterhalten wird.
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In dem dargestellten Beispiel wird die dritte AGR-Menge zugeführt, während die dritte Kraftstoffmenge in die Zylinder eingespritzt wird. Weiterhin ist bei der dargestellten Ausführungsform die dritte AGR-Menge ein Drittel mehr als die Menge der zweiten AGR-Menge, doch ist dies lediglich ein nichtbeschränkendes Beispiel und eine beliebige geeignete Erhöhung bei der AGR kann den Zylindern mit zunehmender Temperatur zugeführt werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Man beachte, dass in den oben beschriebenen Beispielen die Zeitsteuerung der Ansaug- und Auslassventile lediglich ein nichtbeschränkendes Beispiel ist und andere Öffnungs- und Schließzeitsteuerungen verwendet werden können. Weiterhin kann sich bei einigen Ausführungsformen die Ventilzeitsteuerung mit der Temperatur oder der Motordrehzahl und -last ändern.
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Die 9 und 10 zeigen Diagramme, die eine Erhöhung bei chemischen Radikalen infolge des Durchführens einer Piloteinspritzung nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen darstellen. Unter Bezugnahme auf 9 stellt die X-Achse des Diagramms Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt chemische Kohlenmonoxidradikale (CO-Radikale) in PPM (Parts Per Million) dar, die sich in einem Zylinder des Motors befinden. Die Höhe der CO-Partikel, die infolge der nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen durchgeführten Piloteinspritzung erzeugt werden, wird durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Die Höhe der CO-Partikel, die infolge keiner Piloteinspritzung erzeugt werden, wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Unter Bezugnahme auf 10 stellt die X-Achse des Diagramms Kurbelwinkelgrade dar, und die Kurbelwinkelgrade nehmen von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt chemische Dihydrogen-Radikale (H2-Radikale) in PPM (Parts Per Million) dar, die sich in einem Zylinder des Motors befinden. Die Höhe der H2-Partikel, die infolge der nach dem Auslassventilschließen und vor dem Ansaugventilöffnen durchgeführten Piloteinspritzung erzeugt werden, wird durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Die Höhe der -Partikel, die infolge von keiner Piloteinspritzung erzeugt werden, wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Vom Anfang bis zum Auslassventilschließen (z.B. 330 Kurbelwinkelgrade) sinken, da das Auslassventil offen ist, beide der Höhen von CO und H2 im Zylinder während dieser Periode. Ab dem Auslassventilschließen (z.B. 330 Kurbelwinkelgrade) bis zum Ansaugventilöffnen (z.B. 380 Kurbelwinkelgrade), bleiben, da der Zylinder geschlossen ist, sowohl die CO- als auch H2-Höhe fast unverändert. Nach dem Ansaugventilöffnen wird, da mehr Luft in den Zylinder eintritt, die gesamte Masse im Zylinder vergrößert und sowohl CO als auch H2 können mit Luft reagieren und somit nehmen CO und H2 in PPM vor der Haupteinspritzung (z.B. 390 Kurbelwinkelgrade) ab. Nach einer bestimmte Einspritzungsperiode wird der verdampfte Kraftstoffdampf durch die Zylinderwand erwärmt und der chemische Kinetikprozess wird beschleunigt, um mehr CO und H2 zu erzeugen. Im Fall der Piloteinspritzung ist zu sehen, dass mehr chemische CO- und H2-Radikale erzeugt werden, als ohne die Piloteinspritzung. Durch Erzeugen von mehr chemischen Radikalen in dem Zylinder kann die Verbrennungsrate des nächsten Verbrennungszyklus erhöht werden, was das Vergrößern einer AGR-Menge gestattet, während eine stabile Verbrennung aufrechterhalten wird.
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Schließlich versteht sich, dass hierin beschriebene Gegenstände, Systeme und Verfahren von beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen oder Beispiele nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen in Betracht gezogen werden. Dementsprechend beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der hierin offenbarten verschiedenen Systeme und Verfahren sowie beliebige und alle Äquivalente davon.
