DE102013210920A1

DE102013210920A1 - System und Verfahren zum Kompensieren der Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff

Info

Publication number: DE102013210920A1
Application number: DE102013210920A
Authority: DE
Inventors: Ross Dykstra Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2013-12-19
Also published as: US20130338903A1; US9482176B2; RU2013126788A; CN103485909B; CN103485909A; RU2638499C2

Abstract

Es sind ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Motors unter Verwendung von gasförmigem Kraftstoff beschrieben. In einem Beispiel wird der Motorbetrieb ansprechend auf eine Temperatur der in einen Motor eintretenden Luft und auf eine resultierende Temperatur eines in den Motor eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs eingestellt. Das System und das Verfahren können die Motor-Luft/Kraftstoff-Steuerung verbessern.

Description

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren und auf ein System zum Betreiben eines Motors mit einem gasförmigen Kraftstoff. Das System und das Verfahren können insbesondere für Motoren genutzt werden, bei denen gasförmiger Kraftstoff in Zylindereinlassöffnungen eingespritzt wird.
Fahrzeugmotoren können mit gasförmigen Kraftstoffen als eine Alternative zu flüssigem Kraftstoff betrieben werden. Alternativ können Fahrzeugmotoren mit einer Kombination flüssiger und/oder gasförmiger Kraftstoffe betrieben werden. Der Betrieb eines Motors mit einem gasförmigen Kraftstoff kann für einen Besitzer/Betreiber Vorteile in Form niedrigerer Betriebskosten und Fahrzeugemissionen bieten. Zum Beispiel kann das Starten eines Motors über Verbrennung eines gasförmigen Kraftstoffs die Motorstartemissionen verringern. Ferner können gasförmige Kraftstoffe wie etwa Methan Kostenvorteile gegenüber flüssigen Kraftstoffen wie etwa Benzin aufweisen.
Andererseits kann der Betrieb eines Motors unter Verwendung einer Einspritzeinrichtung für gasförmigen Kraftstoff während einiger Bedingungen die Motor-Luft/Kraftstoff-Steuerung verschlechtern. Zum Beispiel kann gasförmiger Kraftstoff veranlassen, dass Luft aus dem Einlasskrümmer verlagert wird, wenn in einen Motoreinlasskrümmer oder in eine Zylindereinlassöffnung Methan eingespritzt wird, während Luft in den Einlasskrümmer angesaugt wird. Falls die notwendigen Mengen von Luft und gasförmigem Kraftstoff nicht hergestellt werden können, kann der Motor magerer oder fetter als gewünscht arbeiten. Somit kann es erwünscht sein, die Menge von Luft und gasförmigem Kraftstoff, die in die Motorzylinder eintreten, genau zu bestimmen, damit die Vorteile gasförmiger Kraftstoffe umfassend genutzt werden können.
Der Erfinder hat die obenerwähnten Nachteile erkannt und ein Verfahren zum Betreiben eines Motors entwickelt, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Menge der in einen Motor eingeleiteten Luft ansprechend auf die Ausgabe eines Temperatursensors in einem Motorlufteinlass; und Einstellen der Menge der in den Motor eingeleiteten Luft ansprechend auf eine Temperatur eines gasförmigen Kraftstoffs nach Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoffs, wobei die Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs nicht auf den Temperatursensor anspricht.
Durch Einstellen einer Menge der Luft, die in einen Zylinder eingeführt wird, ansprechend auf einen Temperatursensor und auf eine Temperatur eines gasförmigen Kraftstoffs nach der Ausdehnung, die nicht auf dem Lufttemperatursensor beruht, kann es möglich sein, die Motor-Luft/Kraftstoff-Steuerung zu verbessern, wenn eine Motorluftmenge auf der Grundlage eines einzelnen Temperatursensors eingestellt wird. Zum Beispiel wird die Einlasskrümmertemperatur in vielen Anwendungen für gasförmigen Kraftstoff bei einem Sammlergebiet gemessen, um eine durchschnittliche Einlasskrümmertemperatur zu liefern. Allerdings wird gasförmiger Kraftstoff üblicherweise in einzelne Zylindereinlassöffnungen eingespritzt, um die vorübergehende Luft/Kraftstoff-Steuerung zu verbessern. Im Ergebnis kann der Temperatursensor, der sich bei dem Sammlergebiet befindet, keine genaue Temperatur des Luft/Kraftstoff-Gemischs bei dem Eintritt in den Zylinder (z. B. bei der Zylindereinlassöffnung) liefern. Durch Kombination von Kenntnis der Lufttemperatur von dem einlassseitigen Lufttemperatursensor mit einem Schätzwert der Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs, nachdem sich der gasförmige Kraftstoff in den Lufteinlass ausgedehnt hat, kann ein genauerer Luft/Kraftstoff-Gemisch-Temperaturschätzwert geliefert werden. Eine Luft/Kraftstoff-Gemisch-Temperatur kann aus den einzelnen Strömen gasförmiger Materie: den Temperaturen von Luft und gasförmigem Kraftstoff, bestimmt werden. Auf diese Weise kann es möglich sein, eine besser geschätzte Luft/Kraftstoff-Gemisch-Temperatur zu liefern, sodass die Menge der in einen Zylinder eintretenden Luft genauer bestimmt werden kann.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere kann der Zugang die Motor-Luft/Kraftstoff-Steuerung verbessern. Ferner kann der Zugang eine verbesserte Luft/Kraftstoff-Steuerung ohne zusätzliche Systemkosten schaffen.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder zusammen mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung nur zur Einführung einer Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind, in vereinfachter Form gegeben. Sie soll keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzumfang allein durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen, beschränkt.
Die hier beschriebenen Vorteile werden umfassender verständlich durch Lesen einer beispielhaften Ausführungsform, hier als die ausführliche Beschreibung bezeichnet, allein oder zusammen mit den Zeichnungen, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines Motors ist;
2 ein Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines mit gasförmigem Kraftstoff angetriebenen Motors ist.
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf den Betrieb eines Motors mit einem gasförmigen Kraftstoff. Insbesondere schafft die Beschreibung eine Art und Weise, um durch Verbessern der Schätzwerte der Luft und des Kraftstoffs, die in einen Motorzylinder eintreten, die Motor-Luft/Kraftstoff-Steuerung zu verbessern. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Motor ein wie in 1 gezeigtes System sein. 2 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen und Einstellen der Zylinderluftladung, der Zündfunkenzeiteinstellung und einer Menge von gasförmigem Kraftstoff, der in einen Motor eingespritzt wird. In einem Beispiel wird eine Zylinderladungstemperatur ansprechend auf das Verhältnis von Luft und Kraftstoff, die dem Motor zugeführt werden, geschätzt.
Anhand von 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder umfasst, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch einen elektronischen Motorcontroller 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält eine Verbrennungskammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin positioniert ist und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Verbrennungskammer 30 ist über ein Einlassventil 52 bzw. über ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 und mit einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung stehend gezeigt. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und durch einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
Eine Direkteinspritzeinrichtung 66 für flüssigen Kraftstoff ist in der Weise gezeigt, dass sie zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff direkt in dem Zylinder 30 positioniert ist, was dem Fachmann auf dem Gebiet als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ kann flüssiger Kraftstoff in eine Einlassöffnung eingespritzt werden, was dem Fachmann auf dem Gebiet als Einzeleinspritzung bekannt ist. Die Direkteinspritzeinrichtung 66 für flüssigen Kraftstoff liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu der vom Controller 12 zugeführten Impulsbreite. Der flüssige Kraftstoff wird an die Direkteinspritzeinrichtung 66 für flüssigen Kraftstoff durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) geliefert, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr (nicht gezeigt) enthält.
Die Einzeleinspritzeinrichtung 81 für gasförmigen Kraftstoff ist in der Weise gezeigt, dass sie zum Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Zylindereinlassöffnung 35 positioniert ist. In einigen Beispielen kann die Einzeleinspritzeinrichtung 81 für gasförmigen Kraftstoff in einer Einlassöffnung eines Zylinderkopfs positioniert sein. In anderen Beispielen kann die Einspritzeinrichtung 81 für gasförmigen Kraftstoff gasförmigen Kraftstoff in einen zentralen Bereich des Zylinders 44 einspritzen. Die Einzeleinspritzeinrichtung 81 für gasförmigen Kraftstoff kann gasförmigen Kraftstoff gleichzeitig mit der Einspritzeinrichtung 66 für flüssigen Kraftstoff, die flüssigen Kraftstoff zuführt, an den Motor 10 liefern. Allerdings kann gasförmiger Kraftstoff in anderen Beispielen allein über die Einspritzeinrichtung 81 für gasförmigen Kraftstoff zugeführt werden.
Die Einspritzeinrichtung 81 für gasförmigen Kraftstoff empfängt gasförmigen Kraftstoff über das Kraftstoffverteilerrohr 90 und den Lagertank 91. Der Druckregler 86 steuert den Druck, der durch den Lagertank 91 an das Kraftstoffverteilerrohr 90 geliefert wird. Die Temperatur des Gases im Kraftstoffverteilerrohr 90 wird über den Temperatursensor 60 erfasst. Der Druck des Gases im Kraftstoffverteilerrohr 90 wird über den Drucksensor 61 erfasst. Das Öffnen und Schließen der Einzeleinspritzeinrichtung 81 für gasförmigen Kraftstoff wird durch den Controller 12 in der Weise gesteuert, dass jedes andere Mengen gasförmigen Kraftstoffs an die Verbrennungskammer 30 liefern kann.
Der Einlasskrümmer 44 ist in der Weise gezeigt, dass er mit einer optionalen elektronischen Drossel 62, die eine Position der Drosselklappe 64 einstellt, um die Luftströmung vom Lufteinlass 42 zum Einlasskrümmer 44 zu steuern, in Verbindung steht. Die elektronische Drossel 62 ist zwischen dem Einlasskrümmer 44 und dem Lufteinlass 42 positioniert gezeigt. In einigen Beispielen können der Einlasskrümmer 44 und die Zylindereinlassöffnung 35 Teil eines Lufteinlasssystems sein.
Das verteilerlose Zündungssystem 88 liefert ansprechend auf den Controller 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken an die Verbrennungskammer 30. Einlassseitig des Katalysators 70 ist ein universeller Abgassauerstoffsensor (UEGO-Sensor) 126 mit dem Auslasskrümmer 48 gekoppelt gezeigt. Alternativ kann für den UEGO-Sensor 126 ein Zweizustands-Abgassauerstoffsensor ersetzt sein.
In einem Beispiel kann der Katalysator 70 mehrere Katalysatorziegel enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, jede mit mehreren Ziegeln, verwendet sein. In einem Beispiel kann der Katalysator 70 ein Katalysator vom Dreiwegetyp sein.
Der Controller 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse 104, einen Nur-Lese-Speicher 106, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Der Controller 12 ist in der Weise gezeigt, dass er außer den zuvor diskutierten Signalen von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale einschließlich der Folgenden empfängt: die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit einer Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; die Ausgabe eines Positionssensors 134, der zum Erfassen der durch den Fuß 132 ausgeübten Kraft mit einem Fahrpedal 130 gekoppelt ist; einen Messwert des Motorkrümmerdrucks (MAP) von einem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; eine Ausgabe eines Motorpositionssensors von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; einen Messungseingangsdruck vom Sensor 120; und eine Messung der Drosselposition vom Sensor 58. Der Luftdruck (Sensor nicht gezeigt) kann ebenfalls zur Verarbeitung durch den Controller 12 erfasst werden. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl äquidistanter Impulse, aus denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
In einigen Beispielen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor/Batterie-System gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder Änderungen oder Kombinationen davon aufweisen. Ferner können in einigen Ausführungsformen andere Motorkonfigurationen, z. B. ein Dieselmotor, genutzt werden.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 üblicherweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus enthält den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt allgemein das Auslassventil 54 und öffnet das Einlassventil 52. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Verbrennungskammer 30 eingeführt, wobei sich der Kolben 36 zum unteren Ende des Zylinders bewegt, um das Volumen innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu erhöhen. Diejenige Position, bei der der Kolben 36 in der Nähe des unteren Endes des Zylinders und am Ende seines Hubs ist (z. B., wenn die Verbrennungskammer 30 bei ihrem größten Volumen ist), wird vom Fachmann auf dem Gebiet üblicherweise als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs, um die Luft innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu verdichten. Derjenige Punkt, bei dem der Kolben 36 an dem Ende seines Hubs und dem Zylinderkopf am nächsten ist (z. B., wenn die Verbrennungskammer 30 bei ihrem kleinsten Volumen ist), wird vom Fachmann auf dem Gebiet üblicherweise als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. In einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Verbrennungskammer und/oder in den Motorlufteinlass, der in einigen Beispielen Zylinderöffnungen enthält, eingeführt. In einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff mit bekannten Zündmitteln wie etwa der Zündkerze 92 gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts schieben die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 setzt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der sich drehenden Welle um. Schließlich öffnet sich während des Ausstoßtakts das Auslassventil 54, um das verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 freizusetzen, wobei der Kolben zum TDC zurückkehrt. Es wird angemerkt, dass das Obige lediglich als ein Beispiel gezeigt ist und dass die Einlass- und Auslassventil-Öffnungszeiteinstellung und/oder -Schließzeiteinstellung variieren können, wie etwa, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
Nun in 2 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben eines Motors gezeigt. Das Verfahren aus 2 kann über Anweisungen ausgeführt werden, die in einem nichtflüchtigen Speicher des durch das System aus 1 bereitgestellten Controllers 12 gespeichert sind.
Bei 202 bestimmt das Verfahren 200 die Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs in einem Kraftstoffverteilerrohr, das einen gasförmigen Kraftstoff hält. In einem Beispiel wird die Temperatur eines gasförmigen Kraftstoffs über einen Temperatursensor wie etwa den in 1 gezeigten Temperatursensor 61 gemessen. Der Temperatursensor kann eine Spannung, einen Strom oder eine Impulsbreite ausgeben. Nachdem die Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 204 über.
Bei 204 bestimmt das Verfahren 200 den Druck des gasförmigen Kraftstoffs in dem Kraftstoffverteilerrohr, das den gasförmigen Kraftstoff hält. In einem Beispiel wird der Druck des gasförmigen Kraftstoffs über einen Drucksensor wie etwa den in 1 gezeigten Drucksensor 60 gemessen. Der Drucksensor kann eine Spannung, einen Strom oder eine Impulsbreite ausgeben. Nachdem der Druck des gasförmigen Kraftstoffs bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 206 über.
Bei 206 bestimmt das Verfahren 200 den Druck in dem Lufteinlasssystem. In einem Beispiel wird der Druck des Lufteinlasssystems über einen Drucksensor wie etwa den in 1 gezeigten Drucksensor 122 gemessen. Der Drucksensor kann eine Spannung, einen Strom oder eine Impulsbreite ausgeben. Der Lufteinlassdruck kann der Luftdruck oder der Druck von einer Kombination aus Luft und Abgas sein. Außerdem kann der Druck in dem Lufteinlasssystem einen Druck von einer Abgasrückführung (AGR) in dem Lufteinlass enthalten. Nachdem der Lufteinlassdruck bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 208 über.
Bei 208 bestimmt das Verfahren 200 die Temperatur des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs nach der Ausdehnung. In einem Beispiel wird die Temperatur des eingespritzten Kraftstoffs in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung bestimmt:
Dabei ist IFT die Temperatur des eingespritzten Kraftstoffs, ist FRT die Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs in dem Kraftstoffverteilerrohr, ist MAP der Krümmereinlassdruck und ist k eine Konstante mit einem Wert von 1,299. Die Temperatur des eingespritzten Kraftstoffs ist die Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs nach der Ausdehnung in dem Motorlufteinlass. Nachdem die Temperatur des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 210 über.
Bei 210 bestimmt das Verfahren 200 die Einlasstemperatur. In einem Beispiel wird die Einlasstemperatur über einen Temperatursensor in einem Einlasskrümmer auslassseitig einer Drossel und einlassseitig von Zylindereinlassöffnungen bestimmt. Der Temperatursensor gibt an den in 1 gezeigten Controller 12 ein Signal aus, das die Einlasstemperatur angibt. Nachdem die Einlasstemperatur bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 212 über.
Bei 212 bestimmt das Verfahren 200 ein Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft in dem Motoreinlass. In einem Beispiel wird das Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft in der Weise eingestellt, dass ein stöchiometrisches Gemisch für die Verbrennung mit einem Wert von 17,2:1 geliefert wird. Durch Hinzufügen oder Entfernen von Kraftstoff für den Motor kann ein fetteres oder magereres Verhältnis bereitgestellt werden. Die Kraftstoffmenge kann durch Verringern oder Erhöhen einer Kraftstoffimpulsbreite einer Einspritzeinrichtung für gasförmigen Kraftstoff eingestellt werden. Nachdem das Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 214 über.
Bei 214 bestimmt das Verfahren 200 eine spezifische Wärme des kombinierten Gemischs von Luft und gasförmigem Kraftstoff. In einem Beispiel wird die spezifische Wärme des kombinierten Gemischs bei einem konstanten Volumen über die folgende Gleichung bestimmt: Eff_Cvo = ( 1 / 1 + 17,2)·Cvo_methane + ( 17,2 / 1 + 17,2)·Cvo_ air
Dabei ist Eff_Cvo das effektive Anfangs-Cvo für das Gemisch von Luft und Kraftstoff, ist 17,2 das Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft, ist Cvo_methane die spezifische Wärme bei konstantem Volumen von Methan (z. B. 1,7354 kJ/kgK) und ist Cvo_air die spezifische Wärme bei konstantem Volumen von Luft (z. B. 0,165 kJ/kgK). Nachdem die spezifische Wärme des Gemischs von gasförmigem Kraftstoff und Luft bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 215 über.
Bei 216 wird die Temperatur des kombinierten Gemischs von gasförmigem Kraftstoff und Luft bestimmt. Die kombinierte Temperatur widerspiegelt, wie das Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs die Temperatur der in den Motor eingeführten Luft abkühlt. In einem Beispiel bestimmt das Verfahren 200 die Temperatur des kombinierten Gemischs von gasförmigem Kraftstoff und Luft in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung:
Dabei ist Eff_mct die effektive Krümmerladungstemperatur, ist IFT die Temperatur des eingespritzten Kraftstoffs, ist MCT die Krümmerladungstemperatur und sind die verbleibenden Variablen wie zuvor beschrieben. Nachdem die effektive Krümmerladungstemperatur bestimmt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 218 über.
Bei 218 bestimmt das Verfahren 200 über die Temperatur des kombinierten Kraftstoff/Luft-Gemischs oder über die effektive Krümmerladungstemperatur von 216 die Zylinderluftladung. In einem Beispiel wird die Zylinderluftladung aus dem Gesetz PV = nRT für das ideale Gas bestimmt, wobei T die effektive Krümmerladungstemperatur in Grad K ist, P der wie bei 206 bestimmte Druck in dem Einlasskrümmer ist, V das Zylindervolumen ist, n eine Molzahl der Luft ist und R eine Gaskonstante ist. Alternativ kann die Zylinderluftladung, wie im US-Patent Nr. 5.331.936 beschrieben ist, das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke durch Literaturhinweis eingefügt ist, über einen Luftmassensensor bestimmt werden und für die Luftladungstemperatur eingestellt werden. Nachdem die Zylinderluftladung eingestellt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 220 über.
Bei 220 stellt das Verfahren 200 eine Drosselposition ein, um die geschätzte Zylinderluftladung von 218 auf eine gewünschte Zylinderluftladung einzustellen. Die gewünschte Zylinderluftladung kann empirisch bestimmt und in einem Speicher, der über die Motordrehzahl und über den Motordrehmomentbedarf indiziert ist, gespeichert werden. Falls die geschätzte Zylinderluftladung kleiner als die gewünschte Zylinderluftladung ist, wird der Drosselöffnungsbetrag erhöht. Falls die geschätzte Zylinderluftladung größer als die gewünschte Zylinderluftladung ist, wird der Drosselöffnungsbetrag verringert. Die Drosselposition wird in der Weise eingestellt, dass die Zylinderluftladung für einen nachfolgenden Zylinderzyklus eingestellt wird. Nachdem die Drossel in der Weise eingestellt worden ist, dass die gewünschte Zylinderluftladung (z. B. die Menge der Luft in einem Zylinder, die während eines Zylinderzyklus mit dem Kraftstoff verbrannt wird) geliefert wird, geht das Verfahren 200 zu 222 über.
Bei 222 stellt das Verfahren 200 die Zylinderzündfunken-Zeiteinstellung ein. Die Zündfunkenzeiteinstellung kann für den gegenwärtigen Zylinderzyklus in der Weise eingestellt werden, dass die Verstellung des Zündfunkens nach früh unter der Voraussetzung der wie bei 218 unter Verwendung der effektiven Krümmerladungstemperatur bestimmten Zylinderluftladung korrekt ist. In einem Beispiel wird die Zündfunkenzeiteinstellung empirisch bestimmt und in einer Tabelle, die über die Motordrehzahl und über das angeforderte Drehmoment indiziert ist, gespeichert. Die Ausgabe von der Tabelle wird auf der Grundlage der Lufteinlasstemperatur und insbesondere der effektiven Krümmerladungstemperatur eingestellt. Zum Beispiel kann der Zündfunken nach früh verstellt werden, falls die effektive Krümmerladungstemperatur kleiner als die in dem Einlasskrümmer gemessene Temperatur ist. Nachdem die Zylinderzündfunken-Zeiteinstellung eingestellt worden ist, geht das Verfahren 200 zu 224 über.
Bei 224 stellt das Verfahren 200 die Zeiteinstellung des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs ein. Um die Katalysatoreffizienz zu verbessern, kann die Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs um stöchiometrische Bedingungen für ein Luft/Methan-Gemisch (z. B. 17,2:1) variiert werden. Falls die Zylinderluftladung größer als erwünscht ist, da die eingespritzte Kraftstoffmenge die Zylinderluftladung abkühlt, kann die Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs dagegen verringert werden, um wenigstens einen Teil der Differenz der Zylinderluftladung zu berücksichtigen. Allerdings kann die Drossel mit höherer Berechtigung in der Weise eingestellt werden, dass das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten werden kann. Für Systeme, die die Einspritzung von gasförmigen Kraftstoffen und flüssigen Kraftstoffen enthalten, geht das Verfahren 200 zu 226 über. Anderenfalls geht das Verfahren 200 zum Austritt über, wenn kein flüssiger Kraftstoff in den Motor eingespritzt wird.
Bei 226 stellt das Verfahren 200 die Menge des in den Motor eingespritzten flüssigen Kraftstoffs ein. Falls die Zylinderluftladung auf der Grundlage der effektiven Krümmertemperatur höher als erwartet ist, kann die Menge des in den Motor eingespritzten flüssigen Kraftstoffs erhöht werden, um für die Motorzylinder ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch sicherzustellen. Falls die Zylinderluftladung auf der Grundlage der effektiven Krümmertemperatur kleiner als erwartet ist, kann die Menge des in den Motor eingespritzten flüssigen Kraftstoffs verringert werden, um für die Motorzylinder ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch sicherzustellen. In einem Beispiel wird die Menge des in die Motorzylinder eingespritzten flüssigen Kraftstoffs proportional zu der Differenz zwischen der gewünschten Zylinderladung und der über die effektiven Krümmertemperatur geschätzten Zylinderladung eingestellt. Nachdem die Zeiteinstellung der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff eingestellt worden ist, geht das Verfahren 200 zum Austritt über.
Somit schafft das Verfahren aus 2 ein Verfahren zum Betreiben eines Motors, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Menge der in einen Motor eingeleiteten Luft ansprechend auf die Ausgabe eines Temperatursensors in einem Motorlufteinlass; und Einstellen der Menge der in den Motor eingeleiteten Luft ansprechend auf eine Temperatur eines gasförmigen Kraftstoffs nach Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoffs, wobei die Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs nicht auf den Temperatursensor in dem Luftstrom anspricht. Mit anderen Worten, die Zylinderluftladung wird so eingestellt, dass sie die Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff ohne die Kompensation, die von der Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff, die ansprechend auf eine Temperatur der Luft oder der Luft und der AGR eingestellt wird, abgeleitet wird, berücksichtigt.
In einigen Beispielen enthält das Verfahren, dass der gasförmige Kraftstoff Methan ist und dass der Lufteinlass eine Zylindereinlassöffnung ist. Außerdem enthält das Verfahren, dass der gasförmige Kraftstoff Methan ist und dass der Lufteinlass ein Einlasskrümmer ist, der sich auslassseitig einer Drossel befindet. Das Verfahren enthält, dass das Berücksichtigen der Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoffs das Berücksichtigen einer Kühlwirkung, die eine Dichte von in den Motor eingeführter Luft erhöht, enthält. Das Verfahren enthält, dass das Berücksichtigen der Kühlwirkung das Bestimmen der Kraftstofftemperatur auf der Grundlage einer isentropischen Ausdehnung enthält. Das Verfahren umfasst ferner das Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs in einen Motorzylinder während eines Motorzyklus, wenn der gasförmige Kraftstoff eingespritzt wird. Das Verfahren enthält, dass der flüssige Kraftstoff Benzin ist und dass eine Menge des eingespritzten Benzins ansprechend auf die Temperatur des Gemischs von gasförmigem Kraftstoff und Luft eingestellt wird.
In einem anderen Beispiel schafft das Verfahren aus 2 das Betreiben eines Motors, wobei es Folgendes umfasst: Einstellen einer Zylinderluftladung ansprechend auf eine Temperatur von Luft, die in einen Motor eingeleitet wird, und auf eine resultierende Temperatur eines gasförmigen Kraftstoffs, der in einen Motorlufteinlass eingespritzt wird, wobei die resultierende Temperatur eine Temperatur ist, die nicht auf der Temperatur von Luft beruht. Das Verfahren enthält, dass die resultierende Temperatur eine Temperatur ist, nachdem sich der gasförmige Kraftstoff in dem Motorlufteinlass ausgedehnt hat. Das Verfahren enthält, dass die resultierende Temperatur auf einer isentropischen Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoffs beruht. Das Verfahren enthält, dass die Zylinderluftladung ansprechend auf eine resultierende Einlassladungstemperatur, die auf der Temperatur der in den Motor eingeführten Luft und auf der resultierenden Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs beruht, eingestellt wird.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner das Einstellen der Zündfunkenzeiteinstellung ansprechend auf die resultierende Einlassladungstemperatur. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen einer Menge des in den Motor eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs ansprechend auf die Zylinderluftladung. Das Verfahren enthält außerdem, dass die Zylinderluftladung über eine Drossel eingestellt wird.
In einem abermals anderen Beispiel schafft das Verfahren aus 2 das Betreiben eines Motors, wobei es Folgendes umfasst: Zuführen eines ersten Verhältnisses eines gasförmigen Kraftstoffs und von Luft zu einem Zylinder während eines ersten Zustands; Zuführen eines zweiten Verhältnisses des gasförmigen Kraftstoffs und der Luft zu dem Zylinder während eines zweiten Zustands; Einstellen einer Zylinderluftladung während des ersten Zustands ansprechend auf das erste Verhältnis; und Einstellen der Zylinderluftladung während des zweiten Zustands ansprechend auf das zweite Verhältnis. Mit anderen Worten, da die Kühlwirkung des Einspritzens von gasförmigem Kraftstoff in den Motor direkt auf der Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs beruht, wird die Zylinderluftladung ansprechend auf die Menge von eingespritztem gasförmigen Kraftstoff und die Menge der Kühlung, die er für das Kraftstoff/Luft-Gemisch bereitstellt, eingestellt.
Das Verfahren enthält, dass das erste Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft während des ersten Zustands höher als das zweite Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft während des zweiten Zustands ist und dass die Zylinderluftladung während des ersten Zustands um einen höheren Prozentsatz als die Zylinderluftladung während des zweiten Zustands eingestellt wird. Das Verfahren enthält außerdem, dass die Zylinderluftladung während des ersten Zustands ansprechend auf eine resultierende Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs, die nicht auf der Lufttemperatur beruht, eingestellt wird. Das Verfahren enthält, dass die Zylinderluftladung ebenfalls während des ersten Zustands ansprechend auf eine resultierende Temperatur einer Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs und eine Temperatur der während des ersten Zustands in den Motor eintretenden Luft eingestellt wird. Das Verfahren enthält außerdem, dass eine geschätzte Temperatur eines Gemischs des gasförmigen Kraftstoffs und der Luft während des ersten Zustands auf dem ersten Verhältnis beruht. Das Verfahren enthält außerdem, dass die Zylinderluftladung während des ersten Zustands über eine Drossel eingestellt wird.
Wie der Durchschnittfachmann auf dem Gebiet würdigen wird, kann das in 2 beschriebene Verfahren eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking und dergleichen repräsentieren. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen sein. Gleichfalls ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendig erforderlich, um die hier beschriebenen Aufgaben zu lösen bzw. Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern ist sie zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung gegeben. Obgleich dies nicht explizit dargestellt ist, erkennt der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, dass einer oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der besonderen verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden können.
Damit ist die Beschreibung abgeschlossen. Dem Fachmann auf dem Gebiet, der sie liest, werden viele Änderungen und Abwandlungen einfallen, ohne von dem Erfindungsgedanken und von dem Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Zum Beispiel könnten I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen arbeiten, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5331936 [0035]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einstellen einer Menge der in einen Motor eingeleiteten Luft ansprechend auf die Ausgabe eines Temperatursensors in einem Motorlufteinlass; und Einstellen der Menge der in den Motor eingeleiteten Luft ansprechend auf eine Temperatur eines gasförmigen Kraftstoffs nach Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoffs, wobei die Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs nicht auf den Temperatursensor im Motorlufteinlass anspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gasförmige Kraftstoff Methan ist und wobei der Motorlufteinlass eine Zylindereinlassöffnung enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gasförmige Kraftstoff Methan ist und wobei der Motorlufteinlass ein Einlasskrümmer ist, der sich auslassseitig einer Drossel befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berücksichtigen der Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoffs das Berücksichtigen einer Kühlwirkung, die eine Dichte von in den Motor eingeführter Luft erhöht, enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Berücksichtigen der Kühlwirkung das Bestimmen der Kraftstofftemperatur auf der Grundlage einer isentropischen Ausdehnung enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs in einen Motorzylinder während eines Motorzyklus, wenn der gasförmige Kraftstoff eingespritzt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der flüssige Kraftstoff Benzin ist und wobei eine Menge des in den Motor eingespritzten Benzins ansprechend auf die Temperatur des Gemischs von gasförmigem Kraftstoff und Luft eingestellt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Motors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einstellen einer Zylinderluftladung ansprechend auf eine Temperatur von Luft, die in einen Motor eingeleitet wird, und auf eine resultierende Temperatur eines gasförmigen Kraftstoffs, der in einen Motorlufteinlass eingespritzt wird, wobei die resultierende Temperatur eine Temperatur ist, die nicht auf der Temperatur von Luft beruht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die resultierende Temperatur eine Temperatur ist, nachdem sich der gasförmige Kraftstoff in dem Motorlufteinlass ausgedehnt hat.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die resultierende Temperatur auf einer isentropischen Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoffs beruht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zylinderluftladung ansprechend auf eine resultierende Einlassladungstemperatur, die auf der Temperatur der in den Motor eingeführten Luft und auf der resultierenden Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs beruht, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Einstellen der Zündfunkenzeiteinstellung ansprechend auf die resultierende Einlassladungstemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Einstellen einer Menge des in den Motor eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs ansprechend auf die Zylinderluftladung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zylinderluftladung über eine Drossel eingestellt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Motors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Zuführen eines ersten Verhältnisses eines gasförmigen Kraftstoffs zu Luft zu einem Zylinder während eines ersten Zustands; Zuführen eines zweiten Verhältnisses des gasförmigen Kraftstoffs zu Luft zu dem Zylinder während eines zweiten Zustands; Einstellen einer Zylinderluftladung während des ersten Zustands ansprechend auf das erste Verhältnis; und Einstellen der Zylinderluftladung während des zweiten Zustands ansprechend auf das zweite Verhältnis.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das erste Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft während des ersten Zustands höher als das zweite Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu Luft während des zweiten Zustands ist und wobei die Zylinderluftladung während des ersten Zustands um einen höheren Prozentsatz als die Zylinderluftladung während des zweiten Zustands eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Zylinderluftladung während des ersten Zustands ansprechend auf eine resultierende Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs, die nicht auf der Lufttemperatur beruht, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Zylinderluftladung ebenfalls während des ersten Zustands ansprechend auf eine resultierende Temperatur einer Menge des eingespritzten gasförmigen Kraftstoffs und eine Temperatur der während des ersten Zustands in den Motor eintretenden Luft eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine geschätzte Temperatur eines Gemischs des gasförmigen Kraftstoffs und der Luft während des ersten Zustands auf dem ersten Verhältnis beruht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Zylinderluftladung während des ersten Zustands über eine Drossel eingestellt wird.