DE102013221398A1

DE102013221398A1 - Emissionssteuerung während eines automatischen kraftmaschinenneustarts

Info

Publication number: DE102013221398A1
Application number: DE201310221398
Authority: DE
Inventors: David Karl Bidner; Mark Allen Dearth
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-23

Abstract

Es werden Ausführungsformen zum Ausführen einer automatischen Stopp-Start-Operation bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für eine Kraftmaschine das Einspritzen eines wasserhaltigen Fluids auf ein geschlossenes Einlassventil eines Zylinders, während die Kraftmaschine in Ruhe ist, während eines automatischen Stopps und die Kraftstoffbeaufschlagung des Zylinders, nachdem wenigstens ein Ansaugtakt und der nachfolgende Ausstoßtakt in dem Zylinder ausgeführt worden sind, bei einem nachfolgenden Neustart.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine.
Fahrzeughersteller haben erkannt, dass es unter einigen Bedingungen erwünscht sein kann, eine Kraftmaschine eines Fahrzeugs automatisch zu starten und zu stoppen. Das Stoppen der Kraftmaschine kann insbesondere dann, wenn das Fahrzeug z. B. im stockenden Verkehr für längere Zeitdauern angehalten wird, den Kraftstoffverbrauch verringern. Allerdings kann während eines automatischen Stopps ein in dem Auspuff auslassseitig der Kraftmaschine positionierter Katalysator oxidiert werden. Da der Katalysator mit Sauerstoff gesättigt ist, kann in dem Katalysator kein Wasser für die Bildung von Wasserstoff, das bei einem nachfolgenden Kraftmaschinenneustart zur Steuerung von NOx verwendet wird, verfügbar sein, was die Emissionen verschlechtert.
Die Erfinder haben die Probleme bei der obigen Herangehensweise erkannt und haben eine Herangehensweise zum Verbessern von Emissionen während eines automatischen Kraftmaschinenstarts entwickelt. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für eine Kraftmaschine während eines automatischen Stopps das Einspritzen eines wasserhaltigen Fluids auf ein geschlossenes Einlassventil eines Zylinders, während die Kraftmaschine in Ruhe ist, und bei einem nachfolgenden Neustart das Beaufschlagen des Zylinders mit Kraftstoff, nachdem wenigstens ein Ansaugtakt und ein nachfolgender Ausstoßtakt in dem Zylinder ausgeführt worden sind.
Durch Einspritzen eines wasserhaltigen Fluids auf ein heißes geschlossenes Einlassventil kann das Wasser verdampfen und während eines folgenden Ansaugtakts zu dem Katalysator geleitet werden. Dadurch kann Einlassluft durch das verdampfte Wasser in dem Zylinder verdrängt werden und kann dem unverbrannten Abgas, das den Katalysator vor Initiierung der Verbrennung erreicht, Sauerstoff entzogen werden, was die Sättigung des Sauerstoffs in dem Katalysator verringert. Ferner kann das verdampfte wasserhaltige Fluid Wasser zu dem Katalysator für die Wasserstoffbildung beitragen. Auf diese Weise können während einer automatischen Kraftmaschinenneustartoperation Emissionen gesteuert werden.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung gegeben worden, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Kraftmaschine.
2 zeigt eine beispielhafte Fahrzeugsystemanordnung.
3 ist ein Ablaufplan, der ein beispielhaftes Verfahren zum Ausführen einer automatischen Stopp-Start-Operation darstellt.
4 ist eine beispielhafte graphische Darstellung interessierender Signale während eines simulierten Kraftmaschinenstarts.
5 ist eine weitere beispielhafte graphische Darstellung interessierender Signale während eines simulierten Kraftmaschinenstarts.
Während einer automatischen Kraftmaschinen-Stopp-Start-Operation kann der Katalysator in dem Auspuff oxidiert werden und kann ihm Wasser entzogen werden. Diese Katalysatorbedingungen können die Wirksamkeit der NOx-Umwandlung während des Kraftmaschinenstarts verringern. Um die Menge des Sauerstoffs in dem Katalysator zu verringern und/oder um die Menge des verfügbaren Wassers zu erhöhen, kann vor einem Kraftmaschinenneustart auf ein geschlossenes Einlassventil, während die Kraftmaschine in Ruhe ist, ein wasserhaltiges Fluid eingespritzt werden, um das Fluid zu verdampfen. Daraufhin kann das verdampfte Fluid während des Kraftmaschinenanlassens in den Zylinder eingeführt werden und zu dem Katalysator ausgestoßen werden. Das verdampfte Fluid kann ein Volumen an Luft in dem Katalysator verdrängen, was den Sauerstoff, der den Katalysator erreicht, verringert. Nachdem das verdampfte Fluid zu dem Katalysator geleitet worden ist, kann die Verbrennung initiiert werden.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 10. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbetreiber 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (d. h. die Verbrennungskammer) 14 der Kraftmaschine 10 kann Verbrennungskammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 enthalten. Der Kolben 138 kann mit einer Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem mit wenigstens einem Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann über eine Reihe von Einlassluftkanälen 142, 144 und 146 Einlassluft empfangen. Der Einlassluftkanal 146 kann außer mit dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern der Kraftmaschine 10 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlasskanäle eine Vorrichtung zum Beaufschlagen mit einem Ladedruck wie etwa einen Turbolader oder einen Lader enthalten. 1 zeigt z. B. eine Kraftmaschine 10, die mit einem Turbolader, der einen zwischen den Einlasskanälen 142 und 144 angeordneten Kompressor 174 enthält, und mit einer Abgasturbine 176, die entlang des Auslasskanals 148 angeordnet ist, konfiguriert ist. Der Kompressor 174 kann über eine Welle 180 wenigstens teilweise durch die Abgasturbine 176 mit Leistung versorgt werden, wobei die Vorrichtung zum Beaufschlagen mit einem Ladedruck als ein Turbolader konfiguriert ist. Allerdings kann die Abgasturbine 176 in anderen Beispielen, wie etwa, wenn die Kraftmaschine 10 mit einem Lader versehen ist, optional weggelassen sein, wobei der Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Motor oder von der Kraftmaschine mit Leistung versorgt werden kann. Entlang eines Einlasskanals der Kraftmaschine kann eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 enthält, vorgesehen sein, um die Durchflussmenge und/oder den Druck der an die Kraftmaschinenzylinder gelieferten Einlassluft zu ändern. Die Drossel 162 kann z. B. wie in 1 gezeigt auslassseitig des Kompressors 174 angeordnet sein oder kann alternativ einlassseitig des Kompressors 174 vorgesehen sein.
Der Auslasskanal 148 kann außer von dem Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern der Kraftmaschine 10 empfangen. Ein Abgassensor 128 ist einlassseitig der Emissionssteuervorrichtung 178 mit dem Auslasskanal 148 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 128 kann irgendein geeigneter Sensor zur Bereitstellung einer Angabe eines Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wie etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO-Sensor (Universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoffsensor), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO-Sensor (wie gezeigt), ein HEGO-Sensor (beheizter EGO-Sensor), ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor sein. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), ein NOx-Abscheider, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 kann eines oder mehrere Einlassventile und eines oder mehrere Auslassventile enthalten. Zum Beispiel ist der Zylinder 14 in der Weise gezeigt, dass er wenigstens ein Einlass-Tellerventil 150 und wenigstens ein Auslass-Tellerventil 156, die sich in einem oberen Gebiet des Zylinders 14 befinden, enthält. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 einschließlich des Zylinders 14 wenigstens zwei Einlass-Tellerventile und wenigstens zwei Auslass-Tellerventile, die sich in einem oberen Gebiet des Zylinders befinden, enthalten.
Das Einlassventil 150 kann über einen Aktuator 152 durch einen Controller 12 gesteuert werden. Ähnlich kann das Auslassventil 156 über einen Aktuator 154 durch den Controller 12 gesteuert werden. Während einiger Bedingungen kann der Controller 12 die an die Aktuatoren 152 und 154 gelieferten Signale ändern, um das Öffnen und Schließen des Einlass- bzw. Auslassventils zu steuern. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden. Die Ventilaktuatoren können vom Typ mit elektrischer Ventilbetätigung oder vom Nockenbetätigungstyp oder eine Kombination davon sein. Die Einlass- und die Auslassventilzeiteinstellung können gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine Möglichkeit einer variablen Einlassnockenzeiteinstellung oder einer variablen Auslassnockenzeiteinstellung oder einer doppelt unabhängigen variablen Nockenzeiteinstellung oder einer festen Nockenzeiteinstellung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken enthalten und kann ein Nockenprofilschaltsystem (CPS-System) und/oder ein System mit variabler Nockenzeiteinstellung (VCT-System) und/oder ein System mit variabler Ventilzeiteinstellung (VVT-System) und/oder ein System mit variablem Ventilhub (VVL-System) nutzen, die durch den Controller 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein Einlassventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über eine Nockenbetätigung, die eine CPS und/oder eine VCT enthält, gesteuert wird, enthalten. In anderen Ausführungsformen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktuator oder durch ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder durch einen Aktuator oder ein Betätigungssystem für variable Ventilzeiteinstellung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis des Volumens, wenn der Kolben 138 bei dem unteren Totpunkt ist, zu dem, wenn er bei dem oberen Totpunkt ist, ist. Herkömmlich liegt das Verdichtungsverhältnis in dem Bereich von 9:1 bis 10:1. Allerdings kann das Verdichtungsverhältnis in einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, erhöht sein. Dies kann z. B. geschehen, wenn Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl oder Kraftstoffe mit höherer latenter Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Außerdem kann das Verdichtungsverhältnis wegen seiner Wirkung auf das Kraftmaschinenklopfen erhöht sein, falls eine Direkteinspritzung verwendet wird.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 eine Zündkerze 192 enthalten, um die Verbrennung zu initiieren. Das Zündungssystem 190 kann unter ausgewählten Betriebsarten in Ansprechen auf ein Signal SA für die Verstellung des Zündfunkens nach früh von dem Controller 12 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken an die Verbrennungskammer 14 liefern. Allerdings kann die Zündkerze 192 in einigen Ausführungsformen, wie etwa, wenn die Kraftmaschine 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzung von Kraftstoff, wie es bei einigen Dieselkraftmaschinen der Fall sein kann, initiieren kann, weggelassen sein.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mit mehreren Einspritzeinrichtungen konfiguriert sein, um ihm Kraftstoff oder andere Flüssigkeiten zuzuführen. Als ein nichteinschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 in der Weise gezeigt, dass er zwei Einspritzeinrichtungen 166 und 170 enthält. Die Einspritzeinrichtung 166 ist direkt mit dem Zylinder 14 gekoppelt gezeigt, um proportional zu der Impulsbreite des über den elektronischen Treiber 168 von dem Controller 12 empfangenen Signals FPW-1 Kraftstoff direkt darein einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Einspritzeinrichtung 166 etwas bereit, das als Direkteinspritzung (im Folgenden als "DI" bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bekannt ist. Obwohl 1 die Einspritzeinrichtung 166 als eine seitliche Einspritzeinrichtung zeigt, kann sie sich ebenfalls über dem Kolben wie etwa in der Nähe der Position der Zündkerze 192 befinden. Wegen der niedrigeren Flüchtigkeit einiger Kraftstoffe auf Alkoholgrundlage kann diese Position die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn die Kraftmaschine mit einem Kraftstoff auf Alkoholgrundlage betrieben wird. Alternativ kann sich die Einspritzeinrichtung über dem Einlassventil und in seiner Nähe befinden, um die Mischung zu verbessern. Von dem Hochdruckkraftstoffsystem 1 172, das einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffverteilerrohr enthält, kann Kraftstoff an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 166 geliefert werden. Alternativ kann Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe mit niedrigerem Druck geliefert werden, wobei in diesem Fall die Zeiteinstellung der Kraftstoffdirekteinspritzung während des Verdichtungstakts beschränkter sein kann, als wenn ein Hochdruckkraftstoffsystem verwendet ist. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Kraftstofftank ferner einen Druckwandler aufweisen, der ein Signal an den Controller 12 liefert.
Die Einspritzeinrichtung 170 ist in einer Konfiguration, die etwas bereitstellt, das als Einzeleinspritzung von Kraftstoff oder anderen Fluiden (im Folgenden als "PFI" bezeichnet) in den Einlassschlitz einlassseitig des Zylinders 14 bekannt ist, in dem Einlasskanal 146 anstatt in dem Zylinder 14 angeordnet gezeigt. Die Einspritzeinrichtung 170 kann proportional zu der Impulsbreite des über den elektronischen Treiber 171 von dem Controller 12 empfangenen Signals FPW-2 Wasser, Scheibenwischerfluid oder Kraftstoff einspritzen. Die Flüssigkeit kann durch das Kraftstoffsystem 2 173, das einen Tank, eine Pumpe und ein Verteilerrohr enthält, an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 170 geliefert werden. Es wird angemerkt, dass für beide Einspritzsysteme ein einzelner Treiber 168 oder 171 verwendet werden kann oder dass wie gezeigt mehrere Treiber, z. B. der Treiber 168 für die Einspritzeinrichtung 166 und der Treiber 171 für die Einspritzeinrichtung 170, verwendet werden können.
Der Kraftstoff kann während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzeinrichtungen an den Zylinder geliefert werden. Zum Beispiel kann jede Einspritzeinrichtung einen Teil einer Kraftstoffgesamteinspritzung, die im Zylinder 14 verbrannt wird, liefern. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben ist, kann allerdings in einigen Ausführungsformen Kraftstoff während jedes Kraftmaschinenzyklus durch die Einspritzeinrichtung 168 zur Verbrennung an den Zylinder geliefert werden, während durch die Einspritzeinrichtung 170 vor einem automatischen Start der Kraftmaschine Wasser, Scheibenwischerfluid oder eine andere Nicht-Kraftstoff-Flüssigkeit an ein geschlossenes Einlassventil geliefert werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine. Somit kann jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz eines Einlass/Auslass-Ventils, eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, eine Zündkerze usw. enthalten.
Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, die Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 108, ein elektronisches Ablagemedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Nur-Lese-Speicherchip 110 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 112, einen Haltespeicher 114 und einen Datenbus enthält. Außer den zuvor diskutierten Signalen kann der Controller 12 verschiedene Signale von mit der Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren einschließlich der Messung der eingeführten Luftmassenströmung (MAF) von dem Luftmassenströmungssensor 122; der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 118 gekoppelten Temperatursensor 116; des Profilzündungsabtastsignals (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 140 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ), der die Position der Kurbelwelle 140 erfasst; der Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor; und des Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) von dem Sensor 124 empfangen. Das Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM kann durch den Controller 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann zur Bereitstellung einer Angabe eines Unterdrucks oder Drucks in dem Einlasskrümmer verwendet werden.
Der Nur-Lese-Speicher 110 des Ablagemediums kann mit computerlesbaren Daten, die Anweisungen repräsentieren, die durch den Prozessor 106 ausgeführt werden können, um die im Folgenden beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten auszuführen, programmiert sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine in einem Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor/Batterie-System gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder Varianten oder Kombinationen davon aufweisen. Ferner können in einigen Ausführungsformen andere Kraftmaschinenkonfigurationen, z. B. eine Dieselkraftmaschine, genutzt werden.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb der Kraftmaschine 10 üblicherweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus enthält den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt im Algemeinen das Auslassventil 54 und öffnet das Einlassventil 52. Über den Einlasskrümmer 146 wird Luft in die Verbrennungskammer 14 eingeleitet, wobei sich der Kolben 138 bis zum Boden des Zylinders bewegt, um das Volumen innerhalb der Verbrennungskammer 14 zu erhöhen. Die Position, bei der der Kolben 138 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Hubs ist (z. B., wenn die Verbrennungskammer 14 bei ihrem größten Volumen ist), wird von Fachmann auf dem Gebiet üblicherweise als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 138 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs, um die Luft innerhalb der Verbrennungskammer 14 zu verdichten. Der Punkt, bei dem der Kolben 138 am Ende seines Hubs und dem Zylinderkopf am nächsten ist (z. B., wenn die Verbrennungskammer 14 bei ihren 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 eingeleitet. In einem im Folgenden als Verbrennung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel wie etwa die Zündkerze 192 gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts schieben die sich ausdehnenden Gase den Kolben 138 zum BDC zurück. Die Kurbelwelle 140 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der sich drehenden Welle um. Schließlich öffnet das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 148 freizusetzen, wobei der Kolben zum TDC zurückkehrt. Es wird angemerkt, dass das Obige lediglich beispielhaft gezeigt ist und dass die Einlass- und Auslassventil-Öffnungszeiteinstellungen und die Einlass- und Auslassventil-Schließzeiteinstellungen variieren können, wie etwa, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
In einer Ausführungsform weist der Stopp/Start-Anlasspositionssensor sowohl eine Drehzahl-null- als auch eine bidirektionale Fähigkeit auf. In einigen Anwendungen kann ein bidirektionaler Hall-Sensor verwendet sein, in anderen können die Magnete an dem Ziel angebracht sein. Falls der Sensor eine Änderung der Signalamplitude detektieren kann (z. B. einen stärkeren oder schwächeren Magneten zum Lokalisieren einer spezifischen Position an dem Rad verwenden kann), können Magnete an dem Ziel angeordnet sein und kann der "Zwischenraum eines fehlenden Zahns" potentiell weggelassen sein. Ferner kann die Kraftmaschinenposition unter Verwendung eines bidirektionalen Hall-Sensors oder eines Äquivalents über die Abschaltung aufrechterhalten werden, wobei während des Neustarts aber eine alternative Strategie verwendet werden kann, um sicherzustellen, dass sich die Kraftmaschine in einer Vorwärtsrichtung dreht.
Somit stellt das System aus 1 ein Kraftmaschinensystem bereit, das eine Kraftmaschine umfasst, die einen Zylinder, der ein Einlassventil aufweist; eine Einzeleinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Flüssigkeit in den Zylinder; und einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen zum Einspritzen einer wasserhaltigen Flüssigkeit von der Einzeleinspritzungseinrichtung auf das Einlassventil während eines automatischen Kraftmaschinenstopps enthält.
Der Controller kann Anweisungen zum Einspritzen der wasserhaltigen Flüssigkeit auf das Einlassventil, wenn das Einlassventil geschlossen ist, enthalten: Das System kann eine Direkteinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder enthalten und der Controller kann Anweisungen zum Einspritzen von Kraftstoff von der Direkteinspritzeinrichtung, nach dem Einspritzen der wasserhaltigen Flüssigkeit von der Einzeleinspritzung und nachdem ein nachfolgender Ansaugtakt und Ausstoßtakt in dem Zylinder ausgeführt worden sind, enthalten. Der Controller kann Anweisungen zum Einspritzen von Kraftstoff von der Einzeleinspritzeinrichtung, nach dem Einspritzen der wasserhaltigen Flüssigkeit von der Einzeleinspritzeinrichtung und nachdem ein nachfolgender Ansaugtakt und Ausstoßtakt in dem Zylinder ausgeführt worden sind, enthalten.
2 ist ein Blockschaltplan eines Fahrzeugantriebsstrangs 200. Der Antriebsstrang 200 kann durch eine Kraftmaschine 10 mit Leistung versorgt werden. Die Kraftmaschine 10 kann mit einem Kraftmaschinenstartsystem (nicht gezeigt) gestartet werden. Ferner kann die Kraftmaschine 10 über einen Drehmomentaktuator 204 wie etwa eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, eine Drossel usw. ein Drehmoment erzeugen oder einstellen.
Ein Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment kann an den Drehmomentwandler 206 übertragen werden, um ein Automatikgetriebe 208 anzutreiben. Ferner können eine oder mehrere Kupplungen einschließlich einer Vorwärtskupplung 210 eingerückt werden, um ein Fahrzeug vorzutreiben. In einem Beispiel kann der Drehmomentwandler als eine Komponente des Getriebes bezeichnet werden. Ferner kann das Getriebe 208 mehrere Zahnradkupplungen enthalten, die nach Bedarf eingerückt werden können, um mehrere feste Getriebeübungsverhältnisse zu aktivieren. Der Ausgang des Drehmomentwandlers kann wiederum durch eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 gesteuert werden. Zum Beispiel überträgt der Drehmomentwandler 206 ein Kraftmaschinendrehmoment über Fluidübertragung zwischen dem Drehmomentwandler-Turbinenrad und dem Drehmomentwandler-Pumpenrad an das Automatikgetriebe 208 und ermöglicht dadurch eine Drehmomentvervielfachung, wenn die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 vollständig ausgerückt ist. Im Gegensatz dazu wird das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment über die Drehmomentwandlerkupplung direkt an eine Eingangswelle (nicht gezeigt) des Getriebes 208 übertragen, wenn die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 vollständig eingerückt ist. Alternativ kann die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 teilweise eingerückt werden und dadurch ermöglichen, dass der Betrag des zu dem Getriebe weitergeleiteten Drehmoments eingestellt wird. Ein Controller kann dafür konfiguriert sein, den Betrag des durch den Drehmomentwandler 212 übertragenen Drehmoments durch Einstellen der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung in Ansprechen auf verschiedene Kraftmaschinenbetriebsbedingungen oder auf der Grundlage einer fahrerbasierten Kraftmaschinenbetriebsanforderung einzustellen.
Die Drehmomentausgabe von dem Automatikgetriebe 208 kann wiederum zu den Rädern 216 weitergeleitet werden, um das Fahrzeug vorzutreiben. Genauer kann das Automatikgetriebe 208 in Ansprechen auf eine Fahrzeugfahrbedingung ein Eingangsantriebsdrehmoment bei der Eingangswelle (nicht gezeigt) übertragen, bevor es ein Ausgangsantriebsdrehmoment an die Räder überträgt.
Ferner kann durch Einrücken von Radbremsen 218 eine Reibungskraft auf die Räder 216 ausgeübt werden. In einem Beispiel können die Radbremsen 218 in Ansprechen darauf eingerückt werden, dass der Fahrer seinen Fuß auf ein Bremspedal (nicht gezeigt) drückt. In derselben Weise kann eine Reibungskraft zu den Rädern 216 dadurch verringert werden, dass die Radbremsen 218 in Ansprechen darauf, dass der Fahrer seinen Fuß von einem Bremspedal löst, ausgerückt werden. Ferner können die Fahrzeugbremsen eine Reibungskraft als Teil einer automatisierten Kraftmaschinenstoppprozedur auf die Räder 216 ausüben.
Eine mechanische Ölpumpe 214 kann mit dem Automatikgetriebe 208 in Fluidverbindung stehen, um einen Hydraulikdruck zum Einrücken verschiedener Kupplungen wie etwa der Vorwärtskupplung 210 und/oder der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 bereitzustellen. Die mechanische Ölpumpe 214 kann in Übereinstimmung mit dem Drehmomentwandler 212 betrieben werden und kann z. B. durch die Drehung der Kraftmaschine oder der Getriebeeingangswelle angetrieben werden. Somit kann der in der mechanischen Ölpumpe 214 erzeugte Hydraulikdruck zunehmen, während eine Kraftmaschinendrehzahl zunimmt, und kann er abnehmen, während eine Kraftmaschinendrehzahl abnimmt. Eine elektrische Ölpumpe 220, ebenfalls in Fluidverbindung mit dem Automatikgetriebe, die aber unabhängig von der Antriebskraft der Kraftmaschine 10 oder von dem Getriebe 208 arbeitet, kann vorgesehen sein, um den Hydraulikdruck der mechanischen Ölpumpe 214 zu ergänzen. Die elektrische Ölpumpe 220 kann durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben werden, dem z. B. durch eine Batterie (nicht gezeigt) elektrische Leistung zugeführt werden kann.
Wie ausführlicher in 1 gezeigt ist, kann ein Controller 12 dafür konfiguriert sein, Eingaben von der Kraftmaschine 10 zu empfangen und eine Drehmomentausgabe der Kraftmaschine und/oder einen Betrieb des Drehmomentwandlers, des Getriebes, der Kupplungen und/oder der Bremsen dementsprechend zu steuern. Als ein Beispiel kann eine Drehmomentausgabe durch Einstellen einer Kombination aus Zündfunkenzeiteinstellung, Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulszeiteinstellung und/oder Luftladung, durch Steuern der Drosselöffnungs- und/oder Ventilzeiteinstellung, des Ventilhubs und für Kraftmaschinen mit Turbolader oder Lader des Ladedrucks gesteuert werden. Im Fall einer Dieselkraftmaschine kann der Controller 12 die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe durch Steuern einer Kombination einer Kraftstoffimpulsbreite, einer Kraftstoffimpulszeiteinstellung und einer Luftladung steuern. In allen Fällen kann die Kraftmaschinensteuerung auf Zylindergrundlage ausgeführt werden, um die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe zu steuern.
Wenn Bedingungen für einen automatischen Stopp erfüllt sind, kann der Controller 12 durch Abschalten des Kraftstoffs und des Zündfunkens zu der Kraftmaschine eine Kraftmaschinenabschaltung initiieren. Ferner kann der Controller sich drehende Elemente des Getriebes 208 zu einem Gehäuse des Getriebes und dadurch zu dem Rahmen des Fahrzeugs auf Masse festlegen, um einen Betrag der Torsion in dem Getriebe aufrechtzuerhalten. Der Controller kann eine oder mehrere Getriebekupplungen wie etwa die Vorwärtskupplung 210 einrücken und kann die eine oder die mehreren eingerückten Getriebekupplungen mit dem Getriebegehäuse und mit dem Fahrzeugrahmen verriegeln. Ein Kupplungsdruck kann variiert (z. B. erhöht) werden, um den Einrückzustand einer Getriebekupplung einzustellen und einen gewünschten Betrag der Getriebetorsion bereitzustellen. In einem Beispiel kann während der Kraftmaschinenabschaltung dadurch ein Hydraulikdruck für die Kupplungsmodulation bereitgestellt werden, dass die elektrische Ölpumpe 220 freigegeben wird, falls durch die mechanische Ölpumpe 214 kein ausreichender Hydraulikdruck geliefert werden kann.
Ein Radbremsdruck kann während der Kraftmaschinenabschaltung ebenfalls auf der Grundlage des Kupplungsdrucks eingestellt werden, um die Herstellung eines Kraftflusses über das Getriebe zu unterstützen, während ein über die Räder übertragenes Drehmoment verringert wird. Genauer können durch Anlegen der Radbremsen, während eine oder mehrere eingerückte Getriebekupplungen verriegelt werden, entgegengesetzte Kräfte auf das Getriebe und folglich auf den Antriebsstrang angewendet werden, wodurch die Getriebezahnräder in aktivem Eingriff und die potentielle Torsionsenergie in dem Getriebezahnradsatz gehalten werden, ohne die Räder zu bewegen. In einem Beispiel kann der Radbremsdruck während der Kraftmaschinenabschaltung eingestellt werden, um das Anlegen der Radbremsen mit dem Verriegeln der eingerückten Getriebekupplung zu koordinieren. Somit kann durch Einstellen des Radbremsdrucks und des Kupplungsdrucks der Betrag der in dem Getriebe gehaltenen Torsion, wenn die Kraftmaschine abgeschaltet ist, eingestellt werden.
Wenn Neustartbedingungen erfüllt sind und/oder wenn ein Fahrzeugbetreiber das Fahrzeug anfahren möchte, kann der Controller 12 die Kraftmaschine durch Wiederaufnehmen der Zylinderverbrennung wieder aktivieren. Um das Fahrzeug anzufahren, kann das Getriebe 208 entriegelt werden und können die Radbremsen 218 gelöst werden, um ein Drehmoment zu den Antriebsrädern 216 zurückzuführen. Ein Kupplungsdruck kann dafür eingestellt werden, das Getriebe zu entriegeln, während ein Radbremsdruck dafür eingestellt werden kann, das Lösen der Bremsen mit dem Entriegeln des Getriebes und mit einem Anfahren des Fahrzeugs zu koordinieren.
Nun übergehend zu 3 ist ein Verfahren 300 zum Ausführen eines automatischen Stopps/Starts einer Kraftmaschine dargestellt. Das Verfahren 300 kann durch einen Kraftmaschinencontroller in Übereinstimmung mit darin gespeicherten computerlesbaren Anweisungen ausgeführt werden. Das Verfahren 300 kann durch Einspritzen eines wasserhaltigen Fluids wie etwa Wasser oder Scheibenwischerfluid auf ein heißes geschlossenes Einlassventil die Emissionen während eines automatischen Kraftmaschinenneustarts verbessern. Das Fluid kann durch die Wärme des Einlassventils verdampft und in einen Zylinder der Kraftmaschine eingeführt werden. Dabei wird Luft, die normalerweise eingeführt würde, verdrängt, was dem Katalysator Sauerstoff entzieht und Wasser für die Wasserstoffbildung bereitstellt.
Das Verfahren 300 umfasst bei 302 das Bestimmen von Kraftmaschinenbetriebsparametern. Die Kraftmaschinenbetriebsparameter können die Kraftmaschinentemperatur, die Umgebungslufttemperatur, den Luftdruck (z. B. eine Angabe der Höhe), die Kraftmaschinen-Kurbelwellenposition, die Kraftmaschinen-Nockenwellenposition, den Fahrzeugbremsdruck, die Feuchtigkeit, die Kraftmaschinendrehzahl und die Kraftmaschinenlast enthalten, sind darauf aber nicht beschränkt.
Bei 304 beurteilt das Verfahren 300, ob Bedingungen zum Ausführen eines automatischen Stopps erfüllt sind. Die Bedingungen zum Ausführen des automatischen Stopps können z. B. enthalten, dass die Kraftmaschine arbeitet (z. B. eine Verbrennung ausführt), dass ein Ladezustand (SOC) einer Batterie (z. B. um mehr als 30 %) über einem Schwellenwert liegt, dass die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit innerhalb eines gewünschten Bereichs (z. B. nicht mehr als 30 Meilen pro Stunde) liegt und dass die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur innerhalb eines Schwellenbereichs liegt. Ferner kann das Bremspedal über eine Schwellenposition hinaus niedergedrückt sein und/oder kann die Fahrpedalposition um weniger als eine Schwellenposition niedergedrückt sein, was angibt, dass ein Betreiber das Fahrzeug zu stoppen beabsichtigt.
Außerdem kann der automatische Stopp von der Temperatur eines oder mehrerer Einlassventile der Kraftmaschine abhängen. Um das wasserhaltige Fluid zu verdampfen, kann das Einlassventil, auf das das Fluid eingespritzt wird, eine höhere Temperatur als die Verdampfungstemperatur des Fluids aufweisen. Falls die Temperatur des Einlassventils niedriger als die Verdampfungstemperatur des Fluids ist, können die Bedingungen für einen automatischen Stopp nicht erfüllt sein und kann der Stopp nicht ausgeführt werden. Die Temperatur der Einlassventile kann auf der Grundlage eines thermischen Modells, das die Einlassventiltemperatur auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl und -last und anderer Parameter wie etwa der Kraftmaschinentemperatur und der Ladedrucktemperatur schätzt, bestimmt werden.
Falls die Bedingungen zum Ausführen des automatischen Stopps nicht erfüllt sind, kehrt das Verfahren 300 zu 302 zurück, um das Überwachen von Betriebsbedingungen fortzusetzen. Falls die Bedingungen zum Ausführen des automatischen Stopps erfüllt sind, geht das Verfahren 300 zu 306 über, um die Kraftmaschine abzuschalten. Die Kraftmaschine kann z. B. durch Stoppen der Kraftstoffeinspritzung und der Zündfunkenzündung abgeschaltet werden. Bei 308 wird die vorhergesagte Zylinderluftmenge des nächsten Ansaugtakts bestimmt. Die Luft kann die Einlassluft sein, die während des nächsten ungezündeten Ansaugtakts, der durch die Kraftmaschine ausgeführt wird, wie etwa während des Anlassens zum Initiieren eines nachfolgenden Kraftmaschinenneustarts, in einen Zylinder eingeführt wird. Die Luftmenge kann das Volumen der Luftladung sein, das durch einen vorhergesagten MAP beim Schließen des Einlassventils des nächsten Kraftmaschinenzyklus bestimmt wird.
Bei 310 wird die Menge wasserhaltigen Fluids, die äquivalent dem Volumen der Luft ist, bestimmt und bei 312 wird die Menge des Fluids, das durch ein Einlassventil verdampft werden kann, bestimmt. Die Menge des Fluids, das durch das Einlassventil verdampft werden kann, hängt von der wie oben berechneten Temperatur des Ventils ab. Zum Beispiel kann die durch das Ventil aufgenommene latente Wärme, wenn das eingespritzte Fluid verdampft wird, bestimmt werden. Falls die Temperatur des startenden Ventils nicht die gesamte durch die Verdampfung des Fluids erzeugte latente Wärme aufnehmen kann, wird nicht alles Fluid verdampft. Auf der Grundlage der Starttemperatur des Ventils und der Eigenschaften des Fluids kann bestimmt werden, wie viel Fluid verdampft werden kann. Obwohl die obigen Berechnungen auf einem einzelnen Zylinder und auf einem einzelnen Einlassventil beruhen, können die Zylinderluftmenge und die Einlassventiltemperatur für jeden Zylinder berechnet werden. In anderen Ausführungsformen können die Luftmenge und die Ventiltemperatur nur für den Zylinder berechnet werden, von dem erwartet wird, dass er das eingespritzte wasserhaltige Fluid empfängt. Der Zylinder, der die Einspritzung des wasserhaltigen Fluids empfängt, kann auf der Grundlage einer Position der Kraftmaschine bei der Abschaltung bestimmt werden, so dass der Zylinder, der bei einem nachfolgenden Neustart in einer gewünschten Position (z. B. in dem Ausstoßtakt) ist, dafür ausgewählt wird, das eingespritzte Fluid zu empfangen.
Bei 314 beurteilt das Verfahren 300, ob eine Kraftmaschinen-Neustartanforderung empfangen worden ist. Die Kraftmaschinen-Neustartanforderung kann auf einer Fahrpedal- und/oder Bremspedalposition, z. B. dadurch, dass ein Pedalpositionssensor gelesen wird, um zu bestimmen, ob das Fahrpedal niedergedrückt worden ist und/oder ob ein Bremspedal gelöst worden ist, beruhen, und/oder die Anforderung kann aufgrund dessen bestimmt werden, dass ein durch den Fahrer angefordertes geschätztes Drehmoment über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Falls die Neustartanforderung nicht empfangen worden ist, wird das Verfahren 300 zurückgeschleift, um weiter zu beobachten, ob eine Neustartanforderung empfangen worden ist. Falls die Neustartanforderung empfangen worden ist, geht das Verfahren 300 zu 316 über, um das Fluid auf Wassergrundlage auf ein geschlossenes Einlassventil einzuspritzen. Das Fluid kann von einer Einzeleinspritzeinrichtung wie etwa von der Einspritzeinrichtung 170 aus 1 eingespritzt werden.
Wie bei 318 angegeben ist, kann die Menge des einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids auf der latenten Wärme, die das Einlassventil aufnehmen kann, und auf dem wie oben bestimmten Volumen der Luft, von der geschätzt wird, dass sie in den Zylinder eingeführt werden kann, beruhen. Zum Beispiel kann die Menge des eingespritzten Fluids gleich der Menge der Luft sein, die in den Zylinder eingeführt werden soll. Allerdings kann eine kleinere Menge Fluid eingeführt werden, falls das Ventil nicht heiß genug ist, um alles Fluid zu verdampfen. Das Einlassventil, auf das das Fluid eingespritzt wird, kann auf der Grundlage der Position der Kraftmaschine ausgewählt werden. Wie bei 320 angegeben ist, kann z. B. das Einlassventil des Zylinders, der kurz davor steht, in den Ansaugtakt einzutreten, ausgewählt werden. Wie bei 322 angegeben ist, kann das eingespritzte Fluid zu dem Katalysator geleitet werden, während die Kraftmaschine angelassen wird. Somit wird das eingespritzte Fluid beim Kontakt mit dem Einlassventil verdampft. Die Kraftmaschine kann in Ansprechen auf die Neustartanforderung mit dem Anlassen beginnen, und wenn das Einlassventil in einem nachfolgenden Ansaugtakt öffnet, kann das verdampfte Fluid in den Zylinder eingeführt werden und zu dem Auslasskanal und zu dem Katalysator ausgestoßen werden.
Bei 324 wird die Verbrennung initiiert, um die Kraftmaschine zu starten. Wie bei 326 angegeben ist, kann dies enthalten, dass der Zylinder, der das Fluid empfangen hat, erst mit Kraftstoff beaufschlagt wird, wenn der Ansaugtakt und ein nachfolgender Ausstoßtakt ausgeführt worden sind. Auf diese Weise kann das verdampfte Fluid zu dem Katalysator geleitet werden, ohne die Kraftmaschinenverbrennung zu stören. Die Verbrennung kann in einem anderen Zylinder gestartet werden, nachdem das verdampfte Fluid eingeführt worden ist, oder kann in dem Zylinder initiiert werden, der das Fluid empfangen hat. Der Kraftstoff kann über eine Direkteinspritzeinrichtung oder über eine Einzeleinspritzeinrichtung in die Kraftmaschine eingespritzt werden.
Somit stellt das Verfahren aus 3 das Einspritzen eines wasserhaltigen Nicht-Kraftstoff-Fluids auf ein heißes geschlossenes Einlassventil, um die Luft zu verdrängen, die während eines nachfolgenden Ansaugtakts in den Zylinder eingeführt würde, bereit. Es kann die Menge Fluid, die äquivalent dem Volumen der Luft ist, die in den Zylinder eingeführt werden soll, eingespritzt werden, es sei denn, dass das Einlassventil nicht heiß genug ist, um das Fluid vollständig zu verdampfen. Falls das Ventil nicht alles Fluid verdampfen kann, kann eine kleinere Menge Fluid eingespritzt werden. Dagegen kann der Kraftmaschinenstopp nicht ausgeführt werden, falls das Ventil zu kühl ist, um genug Fluid zu verdampfen, um den Katalysator nach Wunsch aufzubereiten (z. B., um dem Katalysator eine gewünschte Menge Sauerstoff zu entziehen und/oder um für den Katalysator eine gewünschte Menge Wasser bereitzustellen). In einem weiteren Beispiel kann Kraftstoff in einer Menge, um die gewünschte Menge Luft zu verdrängen, in den Zylinder eingespritzt werden, falls keine ausreichende Menge Fluid verdampft werden kann. Der Kraftstoff kann unverbrannt zu dem Katalysator geleitet werden. In einem weiteren Beispiel kann das Fluid früher (z. B. vor dem oder während des Kraftmaschinenabschaltens) eingespritzt werden, falls das Ventil zu kühl ist, um das Fluid zu verdampfen, so dass den Katalysator während des Kraftmaschinenstopps eine Blase von Luft erreicht, der Sauerstoff entzogen worden ist. Dies kann die Sauerstoffsättigung des Katalysators während eines nachfolgenden Neustarts verringern.
Obwohl das Verfahren 300 die Einspritzung des Fluids auf Wassergrundlage auf ein Einlassventil eines Zylinders beschreibt, sind ferner mehrere Einspritzungen auf mehrere Zylinder möglich. Zum Beispiel kann es erwünscht sein, Sauerstoff aus zwei Zylindern zu verdrängen, um den Katalysator in einen Zustand zu bringen, der ausreicht, um die Emissionen auf einen gewünschten Pegel zu steuern. In diesem Fall kann das wasserhaltige Fluid auf das Einlassventil zweier getrennter Zylinder eingespritzt werden und kann die Verbrennung in dem anderen Zylinder initiiert werden, nachdem das verdampfte Fluid in beide Zylinder eingeführt worden ist und entweder an den Katalysator ausgestoßen worden ist oder kurz davor steht, an den Katalysator ausgestoßen zu werden.
Obwohl das Verfahren 300 das Einspritzen des Fluids in Ansprechen auf eine empfangene Kraftmaschinen-Neustartanforderung, aber bevor die Kraftmaschine angelassen zu werden beginnt, beschreibt, sind andere Einspritzzeiten möglich. Zum Beispiel kann das Fluid während der Kraftmaschinenverzögerung im Anschluss an den automatischen Stopp oder während einer Zeitdauer der Kraftmaschinenruhe vor Empfang der Neustartanforderung eingespritzt werden. In einem weiteren Beispiel kann das Fluid eingespritzt werden, wenn die Kraftmaschine angelassen zu werden beginnt, jedoch bevor die Verbrennung auftritt.
In 4 ist eine beispielhafte graphische Darstellung einer simulierten Kraftmaschinenstartfolge durch das Verfahren aus 3 gezeigt. Die Zeit beginnt auf der linken Seite der graphischen Darstellung und nimmt zur rechten Seite der graphischen Darstellung zu. Die dargestellte Folge repräsentiert einen Start einer nicht einschränkenden Vierzylinder-Vierzyklus-Kraftmaschine. In diesem Beispiel repräsentieren die vertikalen Markierungen zwischen den Zylinderpositionsspuren CYL. 1–4 den oberen Totpunkt oder den unteren Totpunkt für die jeweiligen Zylindertakte, wobei zwischen jeder vertikalen Markierung 180 Kurbelwellengrad liegen.
Die erste graphische Darstellung von oben in der Figur repräsentiert die Position eines Zylinders Nummer eins und insbesondere den Takt des Zylinders Nummer eins, während die Kraftmaschinenkurbelwelle gedreht wird. Links von T₀ ist die Kraftmaschine gestoppt und in Ruhe. Bei T₀ beginnt sich die Kraftmaschinenkurbelwelle von dem durch einen Startermotor gelieferten Drehmoment zu drehen. Der Startermotor kann wie oben beschrieben in Ansprechen auf eine Automatikstartanforderung aktiviert werden. Die Takte der Zylinder 1–4 sind in Übereinstimmung mit der Kraftmaschinenposition, die die Kraftmaschine beim Kraftmaschinenstopp angenommen hat, bezeichnet. Zum Beispiel ist der Zylinder Nummer eins bei dem Kraftmaschinenstopp vor den Zeitpunkt T₀ in einem Ausstoßtakt gezeigt.
Vor Initiieren der Verbrennung während des Automatikstarts kann auf ein geschlossenes Einlassventil eines der Zylinder der Kraftmaschine ein wasserhaltiges Fluid eingespritzt werden. Das wasserhaltige Fluid wird durch die Wärme des Einlassventils verdampft und das verdampfte Fluid kann daraufhin in den Zylinder eingeführt und schließlich zu dem Katalysator geleitet werden. Wie in 4 gezeigt ist, wird das Fluid, wie durch den Pfeil 400 angegeben ist, vor dem Zeitpunkt T₀ in das Einlassventil des Zylinders eins eingespritzt. Da der Zylinder eins kurz davor steht, in den Ansaugtakt einzutreten, kann das Fluid Zeit zum Verdampfen, nicht aber dafür, sich zu verteilen, haben, bevor es in den Zylinder eingeführt wird. Allerdings kann das Fluid in andere geeignete Zylinder eingespritzt werden.
Nach T₀ dreht sich die Kraftmaschine und tritt der Zylinder Nummer eins in den Ansaugtakt, gefolgt von dem Verdichtungs-, dem Arbeits- und dem Ausstoßtakt, ein. Daraufhin wiederholt sich der Zylinderzyklus für den Zylinder Nummer eins. Für eine Viertaktkraftmaschine kann ein Zylinderzyklus 720°, dasselbe Kurbelwellenintervall wie für einen vollständigen Zyklus der Kraftmaschine, sein. Um zu ermöglichen, dass das verdampfte Fluid zu dem Katalysator geleitet wird, wird der Kraftstoff aber erst in den Zylinder eins eingespritzt, wenn der erste Ausstoßtakt nach Einspritzen des Fluids ausgeführt worden ist. Somit wird während des Anlassens der Kraftmaschine und der nachfolgenden Verbrennung in anderen Zylindern Luft durch den Zylinder eins eingeführt, wobei die Verbrennung im Zylinder eins aber erst bei dem folgenden Verdichtungstakt auftritt.
Die zweite Zylinderpositionsspur von oben in der Figur repräsentiert die Position und den Takt für den Zylinder Nummer drei. Wie zuvor erläutert wurde, kann das Beaufschlagen des Zylinders eins mit Kraftstoff verzögert werden, um das verdampfte Fluid in den Zylinder und zu dem Auspuff einzuführen, um Luft, die den Zylinder erreicht, zu verdrängen. Somit kann die Verbrennung in dem nächsten Zylinder in der Zündungsreihenfolge initiiert werden. Da die Verbrennungsreihenfolge dieser besonderen Kraftmaschine 1-3-4-2 ist, tritt das erste Verbrennungsereignis ab dem Kraftmaschinenstopp in Zylinder drei auf. Der Stern mit der Bezeichnung 402 gibt das erste Zündungsereignis für das erste Verbrennungsereignis seit dem Kraftmaschinenstopp an. Die Zündung kann durch eine Zündkerze oder durch Verdichtung initiiert werden. In dieser Folge sind die Ventile des Zylinders Nummer drei wenigstens für einen Teil des Ansaugtakts offen, um Luft für den Zylinder bereitzustellen. Der Kraftstoff kann durch Einzel- oder Direkteinspritzeinrichtungen in die Kraftmaschinenzylinder eingespritzt werden. Während des Verdichtungstakts wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und gezündet. Der Spitzenzylinderdruck kann beim oberen Totpunkt des Verdichtungstakts oder während des Ausstoßtakts auftreten. Somit wird die Kraftmaschine wegen der in dem Zylinder initiierten Verbrennung im Anschluss an den Zeitpunkt T₁ gestartet.
Es wird angemerkt, dass die Kraftmaschinenposition zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenstopps durch Nachführen der Kraftmaschinenposition, während Zündfunken und Kraftstoff deaktiviert sind, bestimmt werden kann. In einer Ausführungsform wird die Kraftmaschinenposition bestimmt und im Speicher gespeichert, um sie während des nächsten Kraftmaschinenstarts, wenn die Kraftmaschine im Wesentlichen gestoppt ist, auszulesen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kraftmaschinenposition beim Kraftmaschinenstart, nachdem sich die Kraftmaschine zu drehen begonnen hat, durch Erfassen der Nockenwellen- und der Kurbelwellenpositionen bestimmt werden.
Die dritte Zylinderpositionsspur von oben in der Figur repräsentiert die Position und den Takt für den Zylinder Nummer vier. Der Stern 404 repräsentiert die Initiierung des ersten Verbrennungsereignisses für den Zylinder Nummer vier nach dem Kraftmaschinenstopp und des zweiten Verbrennungsereignisses ab dem Kraftmaschinenstopp.
Die vierte Zylinderpositionsspur von oben in der Figur repräsentiert die Position und den Takt für den Zylinder Nummer zwei. Der Stern 406 repräsentiert die Initiierung des ersten Verbrennungsereignisses für den Zylinder Nummer zwei nach dem Kraftmaschinenstopp und des dritten Verbrennungsereignisses ab dem Kraftmaschinenstopp. Wie durch den Stern 408 dargestellt ist, wird daraufhin die Verbrennung im Zylinder eins initiiert.
Es wird angemerkt, dass der erste Zylinder zum Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in Abhängigkeit von der Kraftmaschinenstoppposition und von dem Verfahren zum Bestimmen der Kraftmaschinenposition variieren kann. In einigen Ausführungsformen kann erst Kraftstoff an einen oder an mehrere Kraftmaschinenzylinder geliefert werden, wenn die Kraftmaschinenposition festgesetzt worden ist. In anderen Ausführungsformen kann Kraftstoff ungeachtet der Kraftmaschinenstoppposition geliefert werden, bevor oder sobald sich die Kraftmaschine zu drehen beginnt. Die Kraftmaschinenstoppposition kann ebenfalls verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Zylinder oder welche Zylinder eine Einspritzung von wasserhaltigem Fluid empfangen werden. Zum Beispiel kann die Anzahl der Zylinder, die das wasserhaltige Fluid empfangen, auf der Grundlage der Kraftmaschinenposition variieren, wobei in einer ersten Kraftmaschinenposition ein Zylinder eine Einspritzung von wasserhaltigem Fluid empfangen kann, während in einer zweiten Kraftmaschinenposition zwei Zylinder eine Einspritzung von wasserhaltigem Fluid empfangen können. Die Kraftmaschinenposition kann bei der Abschaltung bestimmt werden, und auf der Grundlage der Kraftmaschinenposition kann ein Zylinder als der erste Zylinder zum Zünden ausgewählt werden (der ausgewählte Zylinder kann z. B. aufgrund dessen, dass er einen Ansaugtakt mit ausreichender Lufteinführung durchläuft, der erste Zylinder in einer Position zum Zünden sein). In Abhängigkeit von dem ausgewählten Zylinder können einer oder mehrere verschiedene Zylinder zum Empfangen des wasserhaltigen Fluids ausgewählt werden, falls die Zylinder vor Initiierung der Verbrennung einen Ansaugtakt durchlaufen. Ferner kann die Anzahl der Zylinder, die die Fluideinspritzung empfangen, auf der Grundlage der Bedingung des Katalysators variieren, wobei z. B. zwei Zylinder die Fluideinspritzung empfangen können, falls der Katalysator vollständig mit Sauerstoff gesättigt ist, während ein Zylinder die Fluideinspritzung empfangen kann, falls der Katalysator nur teilweise mit Sauerstoff gesättigt ist.
5 zeigt eine weitere beispielhafte graphische Darstellung einer simulierten Kraftmaschinenstartfolge durch das Verfahren aus 3. Ähnlich 4 ist die Zeit entlang der horizontalen Achse dargestellt und sind die Kraftmaschinentakte und Verbrennungsereignisse der CYL. 1–4 dargestellt. 5 veranschaulicht einen beispielhaften Kraftmaschinenstart, bei dem zwei Zylinder eine Einspritzung von Fluid auf Wassergrundlage empfangen. Es ist eine erste Einspritzung 500 in den Zylinder eins vor seinem Ansaugtakt dargestellt. Diese Einspritzung kann vor dem Kraftmaschinenanlassen, das zum Zeitpunkt T₀ beginnt, auftreten. Eine zweite Einspritzung 502 in den Zylinder drei ist während des Kraftmaschinenanlassens, wenn der Zylinder drei in dem Ausstoßtakt ist, dargestellt. Allerdings kann jeder Zylinder eine Einspritzung im Wesentlichen zur selben Zeit wie etwa vor dem Ansaugtakt des Zylinders eins empfangen. Um zu ermöglichen, dass beide Zylinder ihren Inhalt zu dem Katalysator ausstoßen, bevor das verbrannte Abgas den Katalysator erreicht, kann die Verbrennung, wie durch den Stern 504 gezeigt ist, in Zylinder vier initiiert werden, so dass die Kraftmaschine nach dem Zeitpunkt T₁ startet. Somit kann in 5 auf der Grundlage der Position der Kraftmaschine bei der Abschaltung der Zylinder vier als der erste Zylinder zum Durchlaufen einer Verbrennung ausgewählt werden. Da beide Zylinder eins und drei vor Initiierung der Verbrennung einen Ansaugtakt durchlaufen, kann jeder eine Einspritzung von wasserhaltigem Fluid empfangen. Falls dagegen der Zylinder drei als der Erste zum Zünden ausgewählt wird, aber die Einspritzung in mehrere Zylinder gewünscht ist, kann die Initiierung der Verbrennung verzögert werden und die Verbrennung bei Zylinder vier initiiert werden, um Zeit für die Einspritzung sowohl in den Zylinder eins als auch drei zu lassen.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für eine Kraftmaschine das Einspritzen eines wasserhaltigen Fluids auf ein geschlossenes Einlassventil eines Zylinders, während die Kraftmaschine in Ruhe ist, während eines automatischen Stopps; und das Beaufschlagen des Zylinders mit Kraftstoff, nachdem wenigstens ein Ansaugtakt und nachfolgender Ausstoßtakt in dem Zylinder ausgeführt worden sind, bei einem nachfolgenden Neustart. Das wasserhaltige Fluid kann in Ansprechen auf den Kontakt mit dem geschlossenen Einlassventil verdampft werden. Das verdampfte wasserhaltige Fluid kann vor dem Initiieren der Verbrennung in dem Zylinder zu dem Auspuff geleitet werden. Vor dem Ausführen des automatischen Stopps kann eine Temperatur des Einlassventils bestimmt werden, und falls die Temperatur unter einem Schwellenwert liegt, kann der automatische Stopp nicht ausgeführt werden.
Eine Menge des eingespritzten wasserhaltigen Fluids kann auf einer Temperatur des Einlassventils und auf einem Volumen der Luft, von der vorhergesagt wird, dass sie während des Ansaugtakts des nachfolgenden Neustarts in den Zylinder eintritt, beruhen. Das Einspritzen des wasserhaltigen Fluids auf das geschlossene Einlassventil des Zylinders, während die Kraftmaschine in Ruhe ist, kann ferner das Einspritzen des wasserhaltigen Fluids in Ansprechen auf eine Kraftmaschinenstartanforderung umfassen. Die Kraftmaschine kann durch Einspritzen von Kraftstoff und durch Initiieren der Verbrennung in einem zweiten, anderen Zylinder nach der Einspritzung des wasserhaltigen Fluids neugestartet werden. Der zweite, andere Zylinder kann auf der Grundlage der Kraftmaschinenposition bei der Abschaltung und/oder auf der Grundlage des Sauerstoffspeicherzustands des Katalysators ausgewählt werden.
In einem weiteren Beispiel umfasst ein Verfahren das Stoppen einer Kraftmaschine während ausgewählter Bedingungen; das Verdrängen eines Volumens von Luft, die in einen Zylinder eingeführt werden soll, durch verdampftes wasserhaltiges Fluid in Ansprechen auf eine nachfolgende Kraftmaschinen-Neustartanforderung; und das Ausstoßen des verdampften wasserhaltigen Fluids zu einem Katalysator vor Initiieren der Verbrennung in dem Zylinder.
Die ausgewählten Bedingungen können umfassen, dass ein Einlassventil des Zylinders über einer Schwellentemperatur liegt und dass eine Bedingung des automatischen Kraftmaschinenstopps der Kraftmaschine erfüllt ist. Die Bedingung des automatischen Kraftmaschinenstopps kann auf einer Kraftmaschinendrehzahl und/oder auf einer Kraftmaschinenlast und/oder auf einer Bremspedalposition beruhen. Das Verdrängen des Volumens der in den Zylinder eingeführten Luft durch verdampftes wasserhaltiges Fluid kann das Einspritzen des wasserhaltigen Fluids auf ein geschlossenes Einlassventil des Zylinders umfassen. Eine Menge des einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids kann auf der Grundlage einer Temperatur des Einlassventils und eines Volumens der in den Zylinder einzuführenden Luft bestimmt werden.
Das Bestimmen der Menge des einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids auf der Grundlage der Temperatur des Einlassventils und des Volumens der Luft kann Folgendes enthalten: Bestimmen einer ersten Menge des wasserhaltigen Fluids, die äquivalent dem Volumen der Luft ist; Bestimmen, ob die Temperatur des Einlassventils hoch genug ist, um die erste Menge wasserhaltigen Fluids zu verdampfen; daraufhin Auswählen der ersten Menge als die Menge des einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids, falls die Temperatur hoch genug ist, um die erste Menge wasserhaltigen Fluids zu verdampfen; und daraufhin Auswählen einer zweiten, niedrigeren Menge einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids, falls die Temperatur nicht hoch genug ist, um die erste Menge wasserhaltigen Fluids zu verdampfen.
Die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder kann wenigstens verzögert werden, bis das verdampfte wasserhaltige Fluid zu dem Katalysator ausgestoßen worden ist. Die Kraftmaschine kann durch Einspritzen von Kraftstoff und durch das Initiieren der Verbrennung in einem zweiten, anderen Zylinder nach dem Verdrängen des Volumens der Luft neugestartet werden. Die nachfolgende Neustartanforderung kann auf der Bremspedalposition und auf der Fahrpedalposition beruhen.
Es wird gewürdigt werden, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sind, da zahlreiche Änderungen möglich sind. Die obige Technologie kann z. B. auf V6-, I4-, I6-, V12-, Boxer-4-Kraftmaschinen und auf andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche weisen insbesondere auf bestimmte als neu und nicht offensichtlich angesehene Kombinationen und Teilkombinationen hin. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder auf "ein erstes" Element oder auf dessen Entsprechung beziehen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente enthalten, zwei oder mehr solcher Elemente aber weder erfordern noch ausschließen. Durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder in einer verwandten Anmeldung können andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften beansprucht werden. Solche Ansprüche, gleich, ob sie einen umfassenderen, eingeschränkteren, den gleichen oder einen anderen Schutzumfang als die ursprünglichen Ansprüche aufweisen, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
Zeichenerklärung
Fig. 4, Fig. 5

Ausstost.

AUSSTOSSTAKT

Ansaugt.

ANSAUGTAKT

Verd.takt

VERDICHTUNGSTAKT

Arb.takt

ARBEITSTAKT

Claims

Verfahren für eine Kraftmaschine, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einspritzen eines wasserhaltigen Fluids auf ein geschlossenes Einlassventil eines Zylinders, während die Kraftmaschine in Ruhe ist, während eines automatischen Stopps; und Beaufschlagen des Zylinders mit Kraftstoff, nachdem wenigstens ein wenigstens teilweiser Ansaugtakt und nachfolgender Ausstoßtakt in dem Zylinder ausgeführt worden sind, bei einem nachfolgenden Neustart.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wasserhaltige Fluid in Ansprechen auf den Kontakt mit dem geschlossenen Einlassventil verdampft wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Leiten des verdampften wasserhaltigen Fluids zu dem Auspuff vor dem Initiieren der Verbrennung in dem Zylinder umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen einer Temperatur des Einlassventils vor dem Ausführen des automatischen Stopps und das Nichtausführen des automatischen Stopps, falls die Temperatur unter einem Schwellenwert liegt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Menge des eingespritzten wasserhaltigen Fluids auf einer Temperatur des Einlassventils und auf einem Volumen der Luft, von der vorhergesagt wird, dass sie während des Ansaugtakts des nachfolgenden Neustarts in den Zylinder eintritt, beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen des wasserhaltigen Fluids auf das geschlossene Einlassventil des Zylinders, während die Kraftmaschine in Ruhe ist, ferner das Einspritzen des wasserhaltigen Fluids in Ansprechen auf eine Kraftmaschinenstartanforderung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Neustarten der Kraftmaschine durch Einspritzen von Kraftstoff und durch Initiieren der Verbrennung in einem zweiten, anderen Zylinder nach der Einspritzung des wasserhaltigen Fluids umfasst.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Stoppen einer Kraftmaschine während ausgewählter Bedingungen; Verdrängen eines Volumens von Luft, die in einen Zylinder eingeführt werden soll, durch verdampftes wasserhaltiges Fluid in Ansprechen auf eine nachfolgende Kraftmaschinen-Neustartanforderung; und Ausstoßen des verdampften wasserhaltigen Fluids zu einem Katalysator vor Initiieren der Verbrennung in dem Zylinder.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ausgewählten Bedingungen umfassen, dass ein Einlassventil des Zylinders über einer Schwellentemperatur liegt und dass eine Bedingung des automatischen Kraftmaschinenstopps der Kraftmaschine erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Bedingung des automatischen Kraftmaschinenstopps auf einer Kraftmaschinendrehzahl und/oder auf einer Kraftmaschinenlast und/oder auf einer Bremspedalposition beruht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verdrängen des Volumens der in den Zylinder eingeführten Luft durch verdampftes wasserhaltiges Fluid das Einspritzen des wasserhaltigen Fluids auf ein geschlossenes Einlassventil des Zylinders umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Bestimmen einer Menge des einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids auf der Grundlage einer Temperatur des Einlassventils und eines Volumens der in den Zylinder einzuführenden Luft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der Menge des einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids auf der Grundlage der Temperatur des Einlassventils und des Volumens der Luft Folgendes enthält: Bestimmen einer ersten Menge des wasserhaltigen Fluids, die äquivalent dem Volumen der Luft ist; Bestimmen, ob die Temperatur des Einlassventils hoch genug ist, um die erste Menge wasserhaltigen Fluids zu verdampfen; Auswählen der ersten Menge als die Menge des einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids, falls die Temperatur hoch genug ist, um die erste Menge wasserhaltigen Fluids zu verdampfen; und Auswählen einer zweiten, niedrigeren Menge einzuspritzenden wasserhaltigen Fluids, falls die Temperatur nicht hoch genug ist, um die erste Menge wasserhaltigen Fluids zu verdampfen.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Verzögern der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder, wenigstens bis das verdampfte wasserhaltige Fluid zu dem Katalysator ausgestoßen worden ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Neustarten der Kraftmaschine durch Einspritzen von Kraftstoff und das Initiieren der Verbrennung in einem zweiten, anderen Zylinder nach dem Verdrängen des Volumens der Luft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die nachfolgende Neustartanforderung auf der Bremspedalposition und auf der Fahrpedalposition beruht.
Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine, die einen Zylinder mit einem Einlassventil enthält; eine Einzeleinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Flüssigkeit in den Zylinder; und einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen zum Einspritzen einer wasserhaltigen Flüssigkeit von der Einzeleinspritzeinrichtung auf das Einlassventil während eines automatischen Kraftmaschinenstopps.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 17, wobei der Controller Anweisungen zum Einspritzen der wasserhaltigen Flüssigkeit auf das Einlassventil, wenn das Einlassventil geschlossen ist, enthält.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 17, das ferner eine Direkteinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder umfasst und wobei der Controller Anweisungen zum Einspritzen von Kraftstoff von der Direkteinspritzeinrichtung, nach Einspritzen des wasserhaltigen Fluids von der Einzeleinspritzeinrichtung und nachdem in dem Zylinder ein nachfolgender Ansaugtakt und Ausstoßtakt ausgeführt worden sind, enthält.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 17, wobei der Controller Anweisungen zum Einspritzen von Kraftstoff von der Einzeleinspritzeinrichtung, nach Einspritzen der wasserhaltigen Flüssigkeit von der Einzeleinspritzeinrichtung und nachdem in dem Zylinder ein nachfolgender Ansaugtakt und Ausstoßtakt ausgeführt worden sind, enthält.