-
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor.
-
Mehrere Teilsysteme von Fahrzeugen wie zum Beispiel die Fahrzeugbremsen können ein Vakuum als Antriebskraft verwenden. Das Vakuum wird typischerweise von dem Motor durch eine Verbindung zum Ansaugkrümmer bereitgestellt, der einen Unterdruck aufweist, wenn die Drosselklappe teilweise geschlossen ist und den Luftzustrom in den Motor regelt. Es kann jedoch sein, dass das Vakuum des Motoransaugkrümmers nicht für alle Teilsysteme bei allen Betriebsbedingungen ausreichend ist. Zum Beispiel kann während des Aufheizmodus für den Katalysator sofort nach dem Motorstart eine übergeordnete Zündverzögerung verwendet werden, um eine zum Katalysator gelenkte Abgaswärme zu erzeugen, was dazu führt, dass das von dem Ansaugkrümmer erzeugte Vakuum nicht ausreicht.
-
Die Erfinder haben die Probleme bei dem obigen Ansatz erkannt und bieten ein System an, das diese mindestens teilweise behandelt. Bei einer Ausführungsform umfasst ein System eine Drosselklappe, die in einem Einlass eines Motors angeordnet ist, und ein peripheres Venturi-Rohr in der Nähe der Drosselklappe, wobei das Venturi-Rohr einen Eingang aufweist, der so angeordnet ist, dass er mit einem Randabschnitt der Drosselklappe eine Schnittstelle bildet, wenn sich die Drosselklappe in einer teilweise offenen Stellung befindet.
-
Auf diese Weise kann das Vakuum durch das periphere Venturi-Rohr erzeugt werden, wenn die Drosselklappe teilweise geöffnet ist, z.B. in einem Winkel, der einen Druckabfall über die Drosselklappe herstellt, der nicht ausreicht, um ein geeignetes Vakuum im Ansaugkrümmer zu erzeugen. Die Größe des Venturi-Rohreingangs und dessen Anordnung in Bezug auf die Drosselklappe können auf dem Drosselklappenwinkel beruhen, der typischerweise während der Bedingungen verwendet wird, in denen das Vakuum im Ansaugkrümmer nicht ausreicht wie zum Beispiel während des oben beschriebenen Aufheizmodus für den Katalysator. Durch das Umlenken der Ansaugluft durch das Venturi-Rohr kann während der Bedingungen eines niedrigen Vakuums im Ansaugkrümmer ein Vakuum erzeugt werden.
-
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung entweder als solche oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht verständlich.
-
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben werden. Dies bedeutet aber nicht, dass entscheidende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands herausgehoben werden, da dessen Umfang einzig durch die Ansprüche definiert wird, die nach der detaillierten Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Umsetzungen beschränkt, welche die oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
-
1 zeigt ein schematisches Schaubild eines Motors.
-
2A zeigt ein schematisches Schaubild eines Ansaugabschnitts.
-
2B zeigt einen Querschnitt des Ansaugabschnitts der 2A.
-
3 ist ein Ablaufplan, der ein beispielhaftes Verfahren für das Erzeugen eines Vakuums in einem Einlass eines Motors zeigt.
-
4 ist ein Ablaufplan, der ein beispielhaftes Verfahren für das Anpassen des Betriebs während der Vakuumerzeugung zeigt.
-
5 ist eine grafische Darstellung, welche die beispielhaften Betriebsparameter während der Ausführung der Verfahren der 3 und 4 zeigt.
-
Gemäß einiger hier offenbarter Ausführungsformen kann ein Drosselklappengehäuse einen Hochgeschwindigkeitsabschnitt enthalten, der in die nach innen geöffnete Seite des Drosselklappengehäuses eingebunden ist. Die Ansaugluft kann dann mit einer hohen Geschwindigkeit durch diesen Abschnitt strömen, was zu einem niedrigeren statischen Druck in diesem Bereich in Bezug auf den restlichen Ansaugkrümmer führt. Am Hals oder am Ausgang des Hochgeschwindigkeitsabschnitts ist ein Vakuumanschluss in das Drosselklappengehäuse so eingebunden, dass dieses Vakuum zu entsprechenden Motorsystemen geleitet werden kann. Die Geometrie des Hochgeschwindigkeitsabschnitts kann so ausgelegt werden, dass der Luftstrom und die Vakuumerzeugung bei den Drosselklappenwinkeln auf ein Höchstmaß gebracht werden, die während der Betriebsbedingungen verwendet werden, die andererseits ein nicht ausreichendes Vakuum herstellen (z.B. während des Aufheizens eines Katalysators in Hochlagen). In 1 wird ein Motor gezeigt, zu dem ein Drosselklappengehäuse gehört, das einen Hochgeschwindigkeitsabschnitt aufweist. 2A und 2B zeigen das Drosselklappengehäuse der 1 in größeren Einzelheiten. In den 3 und 4 werden Verfahren für das Erzeugen eines Vakuums mithilfe des Hochgeschwindigkeitsabschnitts gezeigt und in der 5 werden beispielhafte Betriebsparameter während der Ausführung der Verfahren gezeigt.
-
1 enthält insbesondere ein schematisches Schaubild, das einen Zylinder eines Verbrennungsmotors 10 mit mehreren Zylindern zeigt. Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, zu dem eine Steuereinheit 12 gehört, und mithilfe einer Eingabeeinheit 130 durch einen Fahrzeugbenutzer 132 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel gehören zur Eingabeeinheit 130 ein Gaspedal und ein Pedalwertgeber 134 für das Erzeugen eines proportionalen Pedalwertsignals PP.
-
Zu dem Verbrennungszylinder 30 des Motors 10 können Verbrennungszylinderwände 32 und ein darin angeordneter Kolben 36 gehören. Der Kolben 36 kann mit der Kurbelwelle 40 so verbunden sein, dass die Hubkolbenbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein zwischengelagertes Getriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad des Fahrzeugs verbunden sein. Außerdem kann ein Anlasser über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, um ein Anlassen des Motors 10 zu ermöglichen.
-
Der Verbrennungszylinder 30 kann eine Ansaugluft vom Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugabschnitt 42 erhalten und kann Verbrennungsgase über einen Auslassabschnitt 48 auslassen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Auslassabschnitt 48 können wahlweise über ein entsprechendes Ansaugventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit dem Verbrennungszylinder 30 in Verbindung stehen. Bei einigen Ausführungsformen können zu dem Verbrennungszylinder 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile gehören.
-
Bei diesem Beispiel können das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 durch einen Nockenwellenantrieb über entsprechende Nockenwellenantriebssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Zu den Nockenwellenantriebssystemen 51 und 53 können jeweils eine oder mehre Nocken gehören und sie können eine oder mehrere Systeme für eine Nockenwellenprofilverstellung (cam profile switching, CPS), eine variable Nockenwellensteuerung (variable cam timing, VCT), eine variable Ventilsteuerung (variable valve timing, VVT) und/oder einen variablen Ventilhub (variable valve lift, VVL) verwenden, die von der Steuereinheit 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Stellungen des Ansaugventils 52 und des Auslassventils 54 können von den Positionsgebern 55 bzw. 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Ansaugventil 52 und/oder das Auslassventil 54 über einen elektrischen Ventilantrieb gesteuert werden. Zum Beispiel können zu dem Zylinder 30 alternativ ein Ansaugventil, das über einen elektrischen Ventilantrieb gesteuert wird, und ein Auslassventil gehören, das über einen Nockenwellenantrieb gesteuert wird, zu dem CPS- und/oder VCT-Systeme gehören.
-
Ein Kraftstoffeinspritzer 66 wird gezeigt, der direkt mit dem Verbrennungszylinder 30 so verbunden ist, dass er den Kraftstoff in Abhängigkeit von der Pulsbreite eines Signals FPW in den Zylinder einspritzt, wobei er das Signal von der Steuereinheit 12 über einen elektronischen Treiber 68 erhalten hat. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffeinspritzer 66 bereit, was als direktes Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungszylinder 30 bekannt ist. Der Kraftstoffeinspritzer kann zum Beispiel an der Seite des Verbrennungszylinders oder über dem Verbrennungszylinder angebracht sein. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 66 durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt werden, zu dem ein Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung gehören. Bei einigen Ausführungsformen kann zu dem Verbrennungszylinder 30 alternativ oder zusätzlich ein Kraftstoffeinspritzer gehören, der in dem Ansaugabschnitt 42 in einer Konfiguration angeordnet ist, die eine sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugstutzen bereitstellt, der dem Verbrennungszylinder 30 vorgelagert ist.
-
Zu dem Ansaugabschnitt 42 kann ein Steuerventil für die Ladungsbewegung (charge motion control valve, CMCV) 74 und eine CMCV-Platte 72 gehören und es kann auch eine Drosselklappe 62 dazugehören, die eine Drosselklappenplatte 64 aufweist. Bei diesem besonderen Beispiel kann die Stellung der Drosselklappenplatte 64 durch die Steuereinheit 12 über ein Signal variiert werden, das für einen Elektromotor oder ein zur Drosselklappe 62 gehörendes Stellglied bereitgestellt wird, eine Konfiguration, auf die als elektronische Drosselklappensteuerung (electronic throttle control, ETC) Bezug genommen wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 62 so betrieben werden, dass sie die Ansaugluft, die dem Verbrennungszylinder 30 bereitgestellt wird, auf andere Verbrennungszylinder des Motors variiert. Zu dem Ansaugabschnitt 42 können ein Luftmassenmesser 120 und ein Saugrohrdrucksensor 122 gehören, welche die Signale MAF bzw. MAP für die Steuereinheit 12 bereitstellen.
-
Ein Hochgeschwindigkeitsabschnitt 140, auf den auch als ein peripheres Venturi-Rohr 140 Bezug genommen wird, kann auf einer nachgelagerten Seite der Drosselklappe 62 angeordnet werden. Der Hochgeschwindigkeitsabschnitt kann die Form eines Venturi-Rohrs, einer Gasstrahlpumpe (ejector), eines Einspritzventils, einer Flüssigkeitsstrahlpumpe (eductor), einer Strahlpumpe oder eines ähnlichen passiven Elements haben. Obwohl dies nicht in 1 gezeigt wird, kann alternativ oder zusätzlich ein Venturi-Rohr angeordnet werden, das dem CMCV 74 nachgelagert ist.
-
Das Venturi-Rohr 140 kann einen vorgelagerten Antriebsstromeingang, über den Luft in die Gasstrahlpumpe eintritt, einen Hals oder einen Beschleunigungseingang, der über eine Leitung 144 strömungstechnisch mit einem Vakuumverbraucher 142 in Verbindung steht, und einen Ausgang für eine gemischte Strömung aufweisen, durch den die Luft, die durch das Venturi-Rohr 140 geströmt ist, austreten und zu einer Niedrigdrucksenke wie zum Beispiel dem Ansaugkrümmer 44 geleitet werden kann. Die Luft, die durch den Antriebseingang strömt, kann im Venturi-Rohr 140 in eine Strömungsenergie umgewandelt werden, wodurch ein niedriger Druck erzeugt wird, der mit dem Hals (oder dem Beschleunigungseingang) in Verbindung steht, und ein Vakuum an den Hals gezogen wird. Das Vakuum am Hals des Venturi-Rohrs zieht Luft aus der Leitung 144 und stellt auf diese Weise ein Vakuum für den Vakuumverbraucher 142 bereit. Ein optionales Rückschlagventil erlaubt dem Vakuumverbraucher 142 einen Teil des Vakuums zurückzuhalten, falls sich die Drücke im Antriebseingang des Venturi-Rohrs und im Vakuumverbraucher ausgleichen sollten. Bei dem vorliegenden Beispiel ist das Venturi-Rohr eine Einheit mit drei Anschlüssen, zu denen ein Antriebseingang, ein Ausgang für eine gemischte Strömung und ein Hals/Beschleunigungseingang gehören. Bei alternativen Ausführungsformen des Venturi-Rohrs kann jedoch ein Rückschlagventil in das Venturi-Rohr integriert werden. Der Vakuumverbraucher kann eine geeignete Komponente wie zum Beispiel das Fahrzeugbremssystem, ein Steuersystem für den Kraftstoffdampf, ein vakuumgetriebenes Ventil usw. sein, die jeweils ein Vakuum als Antriebskraft verwenden. Der Vakuumverbraucher kann alternativ ein Vakuumspeicher sein, der konfiguriert ist, ein Vakuum zu speichern und andere Vakuumverbraucher damit zu versorgen.
-
Wie weiter unten in Bezug auf die 2A und 2B ausführlicher erläutert wird, können der Venturi-Rohreingang und die Drosselklappenplatte eine Schnittstelle bilden, wenn sich die Drosselklappe in einer gegebenen Stellung wie zum Beispiel teilweise offen befindet. Wenn die Drosselklappe zum Beispiel weit offen ist, kann die Ansaugluft durch den gesamten Ansaugabschnitt einschließlich des Venturi-Rohrs strömen. Von daher kann die Druckdifferenz über der Drosselklappe und dem Venturi-Rohr sehr klein sein. Wenn sich die Drosselklappe jedoch zu einer geschlossenen Stellung bewegt, kann mehr Luft durch das Venturi-Rohr gelenkt werden, wodurch im Venturi-Rohr ein Vakuum erzeugt wird. Wenn die Drosselklappe sich in relativ offenen Stellungen befindet, kann aufgrund der Strömung von Ansaugluft durch das Venturi-Rohr ein größeres Vakuum erzeugt werden, als es über die Drosselklappe selbst erzeugt wird. Auf diese Weise kann auch dann ein Vakuum erzeugt werden, wenn sich die Drosselklappe nicht in einer Stellung befindet, um selbst ein ausreichendes Vakuum zu erzeugen.
-
Das Zündsystem 88 kann bei ausgewählten Betriebsmodi als Reaktion auf ein Zündzeitpunktsignal (spark advance signal, SA-Signal) von der Steuereinheit 12 mithilfe der Zündkerze 92 einen Zündfunken in dem Brennraum 30 bereitstellen. Obwohl die Komponenten für die Funkenzündung dargestellt sind, können bei einigen Ausführungsformen der Brennraum 30 oder ein oder mehrere Brennräume des Motors 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne eine Zündkerze betrieben werden.
-
Wie gezeigt, ist an den Auslassabschnitt 48 ein vor den Katalysator 70 vorgelagerter Abgassensor 126 angekoppelt. Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor für das Bereitstellen einer Anzeige des Verhältnisses von Abgas zu Luft/Kraftstoff sein wie zum Beispiel eine lineare Lambdasonde oder Breitbandlambdasonde (universal or widerange exhaust gas oxygen, UEGO), eine bistabile Lambdasonde oder Finger-Lambdasonde (exhaust gas oxygen, EGO), eine beheizte Lambdasonde (heated EGO, HEGO), eine NOx-, HC- oder CO-Sonde. Zu dem Abgassystem können Anspring-Katalysatoren (light-off catalyst) und Unterboden-Katalysatoren sowie ein Abgaskrümmer und vor- und/oder nachgelagerte Sensoren für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehören. Bei einem Beispiel können zu dem Katalysator 70 mehrere Katalysatorbauteile gehören. Bei einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuereinheiten mit jeweils mehreren Bauteilen verwendet werden. Bei einem Beispiel kann der Katalysator 70 ein Dreiwegekatalysator sein.
-
Die Steuereinheit 12 wird in 1 als Mikrocomputer gezeigt, zu dem eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das bei diesem Beispiel als Nur-Lese-Speicherchip 106 dargestellt ist, ein Direktzugriffsspeicher 108, ein batteriebetriebener Speicher 110 und ein Datenbus gehören. Die Steuereinheit 12 kann von den Sensoren, die an den Motor 10 angeschlossen sind, zusätzlich zu den oben erörterten Signalen verschiedene Signale und Informationen empfangen, zu denen Messungen des zugeführten Luftmassendurchflusses (mass air flow, MAF) mit dem Luftmassensensor 120, der Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) mit dem an den Kühlschlauch 114 angeschlossenen Temperatursensor 112, eines Zündabnehmerprofilsignals (profile ignition pickup signal, PIP-Signal) mit dem Hall-Sensor 118 oder einem anderen Sensor, der an die Kurbelwelle 40 angeschlossen ist, der Drosselklappenstellung (throttle position, TP) mit einem Drosselklappenpositionsgeber und eines absoluten Saugrohrdrucksignals (manifold pressure signal, MAP-Signal) mit dem Sensor 122 gehören. Der Nur-Lese-Speicher des Speichermediums 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, welche ausführbare Befehle für den Prozessor 102 sind, mit denen die nachfolgend beschriebenen Verfahren und Variationen davon durchgeführt werden.
-
Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Motors mit mehreren Zylindern, wobei zu jedem Zylinder auf ähnliche Weise ein jeweils eigener Satz von Ansaug-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzer, Zündkerze usw. gehören. Außerdem können zu dem Motor zusätzliche Motorkomponenten gehören, die nicht in 1 dargestellt sind, wie zum Beispiel ein Turbolader, der eine in dem Auslass angeordnete Turbine und einen im Ansaugbereich angeordneten Verdichter umfasst, und ein Abgasrückführungssystem, zu dem eine Leitung gehört, die einen Teil der Abgase zurück in das Ansaugsystem leitet.
-
In den 2A und 2B werden jetzt der Ansaugabschnitt 42, die Drosselklappe 62 und das Venturi-Rohr 140 ausführlicher dargestellt. Die Richtung des angesaugten Luftstroms, der sich durch die Drosselklappe 62 und das Venturi-Rohr 140 bewegt, bevor sie den Ansaugkrümmer und den Motor erreicht, wird durch die Pfeile in 2A angezeigt. Wie in 2A gezeigt wird, können zu dem Venturi-Rohr 140 ein Eingang 146, ein Ausgang 148 und ein Anschluss 150 gehören, der das Venturi-Rohr 140 mit der Leitung 144 und einem (in 2A nicht gezeigten) Vakuumverbraucher 142 verbindet. 2B zeigt den Ansaugabschnitt 42 im Querschnitt entlang der Linie X-X′, wobei die obere Wand des Venturi-Rohrs 140 sich durch einen unteren Bereich des Ansaugabschnitts erstreckt. Das Venturi-Rohr 140 kann in dem Ansaugabschnitt 42 und in Bezug auf die Drosselklappe 62 asymmetrisch angeordnet sein. Mit anderen Worten kann sich das Venturi-Rohr 140 durch einen unteren Bereich des Ansaugabschnitts 42 auf der Seite erstrecken, die der Drosselklappe 62 nachgelagert ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Venturi-Rohr 140 jedoch stattdessen auf der Seite angeordnet werden, die der Drosselklappe 62 vorgelagert ist.
-
Der Eingang 146 des Venturi-Rohrs 140 kann mit einem Randabschnitt der Drosselklappenplatte 64 eine Schnittstelle bilden, wenn sich die Drosselklappe in einer teilweise offenen Stellung befindet. Vor dem Erreichen dieser teilweise offenen Stellung wie zum Beispiel, wenn die Drosselklappe weit offen ist, kann die Ansaugluft im Wesentlichen durch, und um das Venturi-Rohr 140 strömen. Von daher kann der Druckabfall über das Venturi-Rohr sowie über die Drosselklappe gering sein und auf diese Weise wird nur eine geringe Menge eines Vakuums erzeugt. Sobald sich jedoch die Drosselklappe zu ihrer geschlossenen Stellung bewegt, kann der Randabschnitt der Drosselklappe, wie in 2A gezeigt, mit dem Venturi-Rohreingang eine Schnittstelle bilden. Die Ansaugluft, die auf der nach innen gerichteten Seite der Drosselklappe strömt, wird im Wesentlichen vollständig durch das Venturi-Rohr gelenkt, wodurch der Druckabfall und die Vakuumerzeugung vergrößert werden. Wenn sich die Drosselklappe weiter zu ihrer vollständig geschlossenen Stellung bewegt, kann der Druckabfall über die Drosselklappe selbst ausreichend sein, um ein Vakuum zu erzeugen.
-
Das Venturi-Rohr kann so ausgelegt werden, dass der Drosselklappenwinkel, bei dem der Randabschnitt der Drosselklappe eine Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr bildet, größer sein kann als ein Winkel der Drosselklappe, der andernfalls ein ausreichendes Vakuum für das Antreiben eines oder mehrerer Vakuumverbraucher erzeugt. Zum Beispiel kann ohne ein im Einlass angeordnetes Venturi-Rohr ein ausreichendes Vakuum nur produziert werden, wenn sich die Drosselklappe in einem Winkel von 30° oder kleiner befindet. Mit dem Einfügen des Venturi-Rohrs kann die Drosselklappe mit dem Venturi-Rohr jedoch bei einem Drosselklappenwinkel von 45° eine Schnittstelle bilden, wodurch ein Vakuum über einen größeren Bereich von Drosselklappenwinkeln erzeugt werden kann.
-
Bei einigen Ausführungsformen kann ein zweites Venturi-Rohr 152 in dem Ansaugabschnitt 42 vorgelagert vor der Drosselklappe 62 angeordnet werden. Das zweite Venturi-Rohr 152 kann ähnlich wie das Venturi-Rohr 140 sein und einen Eingang, einen Ausgang und einen Hals aufweisen. Zu dem zweiten Venturi-Rohr 152 kann ein Anschluss gehören, der das Venturi-Rohr 152 mit einer Leitung 154 verbindet. Die Leitung 154 kann ein durch das zweite Venturi-Rohr 152 erzeugtes Vakuum zu einem oder mehreren (in 2A nicht gezeigten) Vakuumverbrauchern leiten. Das zweite Venturi-Rohr 152 kann mit dem nach außen zeigenden Randabschnitt der Drosselklappenplatte 64 eine Schnittstelle bilden, wenn sich die Drosselklappe in einer teilweise offenen Stellung befindet. Durch das Einbinden eines zweiten der Drosselklappe vorgelagerten Venturi-Rohrs sowie des der Drosselklappe nachgelagerten Venturi-Rohrs kann über die Gesamtheit des Ansaugluftstroms ein Vakuum erzeugt werden.
-
3 zeigt ein Verfahren 300 für das Erzeugen eines Vakuums in einem Ansaugsystem eines Motors. Das Verfahren 300 kann durch eine Steuereinheit 12 gemäß der darin gespeicherten Befehle ausgeführt werden. Bei einem Beispiel kann das Verfahren 300 ein Vakuum über ein Venturi-Rohr wie zum Beispiel das Venturi-Rohr 140 erzeugen, das auf einer nachgelagerten Seite oder auf einer vorgelagerten Seite der Drosselklappe wie zum Beispiel der Drosselklappe 62 angeordnet ist. In 302 weist das Verfahren 300 ein Ermitteln der Betriebsparameter auf. Zu den in 302 ermittelten Betriebsparametern können, ohne darauf beschränkt zu sein, die Motordrehzahl, die Motorlast, das vom Benutzer angeforderte Drehmoment, der Luftmassendurchfluss, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die Kraftstoffeinspritzmenge usw. gehören.
-
In 304 kann die Stellung der Drosselklappe angepasst werden, um einen gewünschten Drosselklappenwinkel bereitzustellen. Der gewünschte Drosselklappenwinkel kann auf einem oder mehreren Betriebsparametern beruhen, um den Motor mit einem angestrebten Ansaugluftstrom zu versorgen. Der gewünschte Drosselklappenwinkel kann bei einem Beispiel auf einem gewünschten Luftmassendurchfluss beruhen. Der gewünschte Luftmassendurchfluss kann auf der Grundlage eines vom Benutzer angeforderten Drehmoments, eines aktuellen Luftmassendurchflusses und/oder anderer Parameter ermittelt werden. In 306 wird Kraftstoff in den Motor in einer Menge eingespritzt, mit der ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten wird. Zum Beispiel kann der Motor mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden und da sich die Luftmenge, mit welcher der Motor versorgt wird, ändert, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen, kann die Kraftstoffmenge angepasst werden, um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten.
-
In 308 weist das Verfahren 300 ein Erzeugen eines Vakuums an der Drosselklappe auf. Das Vakuum kann an der Drosselklappe auf der Grundlage eines Druckabfalls über die Drosselklappe selbst oder auf der Grundlage eines Druckabfalls über ein in der Nähe der Drosselklappe angeordnetes Venturi-Rohr erzeugt werden. Wie in 310 angezeigt wird, strömt die Ansaugluft durch ein Venturi-Rohr, das auf der nachgelagerten Seite der Drosselklappe angeordnet ist. Außer wenn die Drosselklappe vollständig geschlossen ist, wird mindestens ein Teil der Ansaugluft durch das Venturi-Rohr strömen. Wie in 312 angezeigt wird, kann das Vakuum durch einen Luftstrom durch das Venturi-Rohr erzeugt werden, wenn die Drosselklappe in einem Bereich von Stellungen ist. Zum Beispiel kann der Randabschnitt der Drosselklappe mit einem Venturi-Rohreingang eine Schnittstelle bilden, wenn die Drosselklappe teilweise offen ist (z.B. bei einem Winkel von 45°), und nahezu die gesamte Ansaugluft auf der einwärtsgerichteten Seite der Drosselklappe (z.B. die Luft die unter der Drosselklappe durchströmt) kann durch das Venturi-Rohr gelenkt werden und auf diese Weise ein Vakuum erzeugen. Wenn jedoch die Drosselklappe vollständig offen ist, strömt auch ein Teil der Ansaugluft um das Venturi-Rohr wie zum Beispiel über der Oberseite des Venturi-Rohrs, wodurch die Vakuumerzeugung in dem Venturi-Rohr verringert wird. Wenn die Drosselklappe sich in einer teilweise bis fast geschlossenen Stellung befindet (die Drosselklappenwinkel sind z.B. kleiner als 30°), kann außerdem der Druckabfall über die Drosselklappe größer sein als über das Venturi-Rohr, und auf diese Weise kann, wie in 314 angezeigt wird, ein Vakuum durch den Luftstrom über die Drosselklappe erzeugt werden. Das Vakuum, das durch den Luftstrom durch das Venturi-Rohr und/oder den Luftstrom über die Drosselklappe erzeugt wird, kann auf einen oder mehrerer Vakuumverbraucher des Fahrzeugs wie zum Beispiel das Bremssystem des Fahrzeugs angewandt werden.
-
In 316 beurteilt das Verfahren 300, ob die Drosselklappe sich zu oder von der Schnittstelle mit dem Venturi-Rohreingang bewegt. Wie in 2A gezeigt wird, kann der Randabschnitt der Drosselklappe mit dem Venturi-Rohreingang eine Schnittstelle bilden oder auf ihn ausgerichtet werden, wenn sich die Drosselklappe in einer bestimmten Stellung befindet. Wenn sich die Drosselklappe in einer weiter offenen Stellung (z.B. bei einem größeren Drosselklappenwinkel) befindet und dann beginnt sich zu schließen, kann, in dem Moment, in dem sie die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr erreicht, aufgrund des Abzugs der Ansaugluftströmung durch das Venturi-Rohr eine Störung des Luftstroms erzeugt werden. Zum Beispiel kann der Luftstrom zum Motor verringert werden, wenn die Drosselklappe die Schnittstelle erreicht. Wenn die Drosselklappe sich in einer Stellung hinter der Schnittstelle (z.B. bei einem kleineren Winkel) befindet, und beginnt sich zu öffnen, kann der Luftstrom auf ähnliche Weise ansteigen, nachdem die Drosselklappe die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr passiert hat. Wenn in 316 ermittelt wird, dass sich die Drosselklappe zu oder von der Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr bewegt, kann die Kraftstoffeinspritzung in 318 angepasst werden, um diese Störungen des Luftstroms auszugleichen. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs kann angepasst werden, der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung kann angepasst werden und/oder andere Parameter wie zum Beispiel der Zündzeitpunkt können auch angepasst werden. Wenn die Drosselklappe sich jedoch nicht zu oder von der Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr bewegt, geht das Verfahren 300 weiter zu 320, um die oben ermittelten Parameter der Kraftstoffeinspritzung aufrechtzuerhalten.
-
Auf diese Weise stellt das Verfahren 300 die Drosselklappenstellung so ein, dass ein gewünschter Luftstrom zum Motor bereitgestellt wird, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten, und auf der Grundlage der Drosselklappenstellung passt es die Kraftstoffeinspritzung an, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Wenn die Drosselklappe in einer bestimmten Stellung oder einem Bereich von Stellungen ist, kann mithilfe eines Luftstroms durch ein in er Nähe der Drosselklappe angeordnetes Venturi-Rohr ein Vakuum erzeugt werden. Wenn die Drosselklappe die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr erreicht oder passiert, kann eine zusätzliche Anpassung an der Kraftstoffeinspritzung vorgenommen werden, um die Störungen im Luftstrom zu berücksichtigen.
-
Das Verfahren 300 wird oben in Bezug auf ein Venturi-Rohr 140 beschrieben, das auf einer einwärtsgerichteten, nachgelagerten Seite der Drosselklappe angeordnet ist. Das Verfahren 300 kann jedoch zusätzlich oder alternativ in Bezug auf ein zweites Venturi-Rohr durchgeführt werden, das auf einer auswärtsgerichteten, vorgelagerten Seite des Venturi-Rohrs angeordnet ist.
-
Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit Anweisungen enthalten, um die Drosselklappenstellung in der Umgebung der Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr zu modulieren, um die Temperatur der Ansaugluft über einer Solltemperatur zu halten. Wenn die Umgebungstemperatur relativ kalt ist, können bestimmte Motorkomponenten wie zum Beispiel Sensoren, Ventile usw., die in dem Ansaugabschnitt oder dem Ansaugkrümmer angeordnet sind, anfällig sein für einen Leistungsabfall. Wenn die Ansaugluft durch das Venturi-Rohr strömt, kann die Temperatur der Luft aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit der Luft durch das Venturi-Rohr absinken. Um eine höhere Temperatur der Ansaugluft aufrechtzuerhalten, wenn sich die Drosselklappe an der Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr befindet, kann die Drosselklappe ihre Stellung um die Schnittstelle herum schwingen lassen, und sich dabei gelegentlich aus dem Schnittstellenbereich herausbewegen, um einen Ansaugluftstrom über das Venturi-Rohr zu ermöglichen. Dies kann einen Temperaturabfall verhindern und die Ansaugluft über einer Solltemperatur halten.
-
In 4 wird jetzt ein Verfahren 400 für das Aufrechterhalten der Zylinderladung während einer Vakuumerzeugung bereitgestellt. Das Verfahren 400 kann durch eine Steuereinheit 12 gemäß der darin gespeicherten Befehle ausgeführt werden. In 402 weist das Verfahren 400 ein Ermitteln der Betriebsparameter des Motors auf. Zu den Betriebsparametern des Motors können, ohne darauf beschränkt zu sein, die Drosselklappenstellung, die Motordrehzahl, die Motorlast, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Kraftstoffeinspritzmenge gehören. In 404 beurteilt das Verfahren 400, ob die Drosselklappe in einer Stellung zum Erzeugen eines Vakuums ist. Dies kann beinhalten, dass die Drosselklappe eine Schnittstelle bildet mit einem peripheren Venturi-Rohr, welches der Drosselklappe vor- oder nachgeschaltet ist, oder auf andere Weise mithilfe des peripheren Venturi-Rohrs ein Vakuum erzeugt, oder es kann beinhalten, dass die Drosselklappe sich in einer Stellung befindet, in der ein Vakuum durch den Druckabfall über die Drosselklappe selbst erzeugt wird. Wenn die Drosselklappe in einer Stellung ist, um ein Vakuum zu erzeugen, geht das Verfahren 400 weiter nach 406, um die aktuelle Drosselklappenstellung aufrechtzuerhalten, und das Verfahren 400 endet.
-
Wenn sich die Drosselklappe nicht in einer Stellung befindet, um ein Vakuum zu erzeugen, z.B., wenn sich die Drosselklappe in einer offenen Stellung jenseits der Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr befindet, geht das Verfahren 400 weiter zu 408, um zu beurteilen, ob eine Vakuumerzeugung durch die Drosselklappe erwünscht ist. Ein Vakuum kann erwünscht sein, zum Beispiel während einer Kraftstoffdampfabführung oder während anderer Betriebsbedingungen, in denen ein Vakuum verwendet wird, um Gase aufzunehmen oder eine Antriebskraft bereitzustellen. Wenn keine Vakuumerzeugung erwünscht ist, um ein Vakuum zu erzeugen, geht das Verfahren 400 zurück nach 406, um die aktuelle Drosselklappenstellung aufrechtzuerhalten, und das Verfahren 400 endet.
-
Wenn eine Vakuumerzeugung erwünscht ist, geht das Verfahren 400 weiter zu 410, um die Drosselklappe in eine Stellung wie zum Beispiel an die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr zu bewegen, in der ein Vakuum erzeugt wird. Wenn die Drosselklappe in einer im Wesentlichen offenen Stellung ist, kann dies ein Schließen der Drosselklappe beinhalten, bis sie die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr erreicht. In 412 weist das Verfahren 400 ein Anpassen der Betriebsparameter des Motors auf, um ein gewünschtes Motordrehmoment aufrechtzuerhalten. Wenn die Drosselklappenstellung in 410 angepasst wird, kann sich die Luftmenge ändern, welche die Zylinder erreicht. Ein oder mehrerer Betriebsparameter können angepasst werden, um das Motordrehmoment aufrechtzuerhalten. Wie in 414 angezeigt wird, kann ein von einem Turbolader erzeugter Ladedruck angepasst werden. Wenn zum Beispiel die Drosselklappe geschlossen ist, kann der Ladedruck so erhöht werden, dass mehr Luft über die Drosselklappe bereitsteht, um auf diese Weise die gleiche Luftmenge für die Zylinder aufrechtzuerhalten. Wie in 416 angezeigt wird, kann zusätzlich oder alternativ die Ventilsteuerung angepasst werden. Durch das Anpassen der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Ansaug- und/oder Auslassventile kann den Zylindern zusätzliche Luft zugeführt werden. Wie in 418 angezeigt wird, kann außerdem der Anteil der Abgasrückführung (exhaust gas recirculation, EGR) angepasst werden. Wenn die Drosselklappe in 410 geschlossen ist, verringert die EGR auf diese Weise die Sauerstoffmenge in der Zylinderladung. Die zum Motor geleitete EGR-Menge kann verringert werden, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten. Andere Anpassungen zum Aufrechterhalten des Drehmoments sind möglich wie zum Beispiel das Anpassen des Zündzeitpunkts und/oder das Anpassen der Kraftstoffeinspritzung. Das Verfahren 400 endet danach.
-
Auf diese Weise stellt das Verfahren 400 das Steuern einer Änderung der Drosselklappenstellung bereit, um ein Vakuum mithilfe des in der Nähe der Drosselklappe angeordneten Venturi-Rohrs zu erzeugen. Wenn sich die Drosselklappenstellung ändert, verändert sich auch der Luftstrom zum Motor. Damit das Drehmoment abhängig von den Anpassungen der Drosselklappenstellung aufrechterhalten wird, können ein oder mehrere Betriebsparameter des Motors angepasst werden. Dazu gehören der Ladedruck, die Ventilsteuerung und der EGR-Anteil. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen auch die Parameter der Kraftstoffeinspritzung wie zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzmenge angepasst werden. Auf diese Weise kann das Drehmoment während der gesteuerten Vakuumerzeugung aufrechterhalten werden.
-
5 ist eine grafische Darstellung 500, die beispielhafte Betriebsparameter zeigt, die während der Ausführung der oben beschriebenen Verfahren auftreten können. Die Darstellung 500 zeigt insbesondere die Drosselklappenstellung, den Druckabfall über das Venturi-Rohr und über die Drosselklappe, den Ladedruck und die Kraftstoffeinspritzmenge. Für jeden dargestellten Betriebsparameter wird die Zeit auf der horizontalen Achse angezeigt und die jeweiligen Betriebsparameterwerte werden auf der vertikalen Achse angezeigt.
-
Als Erstes wird in der Darstellung 500 die Drosselklappenstellung durch die Kurve 502 gezeigt. Die Drosselklappenstellung kann zum Beispiel auf der Grundlage des gewünschten Ansaugluftstroms auf eine geeignete Stellung zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen angepasst werden. Die gestrichelte Linie 504 stellt die Stellung der Drosselklappe dar, in der die Drosselklappe eine Schnittstelle mit dem Eingang des in der Nähe der Drosselklappe angeordneten Venturi-Rohrs bildet.
-
Vor dem Zeitpunkt t1 ist die Drosselklappe in einer relativ offenen Stellung jenseits der Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr. Als ein Ergebnis davon kann die Luft zu fast gleichen Teilen über und durch das Venturi-Rohr strömen. Wie durch die Kurve 506 gezeigt wird, kann der Druckabfall über das Venturi-Rohr relativ gering sein, wenn sich die Drosselklappe in einer offeneren Stellung befindet. Auf ähnliche Weise kann auch der durch die Kurve 508 gezeigte Druckabfall über die Drosselklappe gering sein.
-
Unmittelbar vor dem Zeitpunkt t1 kann die Steuereinheit einen Bedarf für ein mithilfe des Venturi-Rohrs erzeugtes Vakuum ermitteln. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffdampfabführung durchgeführt werden oder ein vakuumbetriebenes Ventil kann angewiesen werden seine Stellung zu ändern. Die Stellung der Drosselklappe kann jedoch keinen ausreichend großen Druckabfall über die Drosselklappe und/oder das Venturi-Rohr verursachen, um ein Vakuum zu erzeugen. Auf diese Weise kann zum Zeitpunkt t1 die Drosselklappe bis zur Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr geschlossen werden. Als ein Ergebnis kann der Druckabfall über das Venturi-Rohr ansteigen, wodurch die Vakuumerzeugung vergrößert wird. Um den gewünschten Zylinderluftzustrom aufrechtzuerhalten, können als Reaktion auf die angepasste Drosselklappenstellung ein oder mehrere Betriebsparameter angepasst werden. Die Kurve 510 zeigt, dass der Ladedruck nach dem Zeitpunkt t1 erhöht wird, um die Drosselklappe mit zusätzlicher Luft zu versorgen. Außerdem kann, wie in der Kurve 512 gezeigt wird, die Kraftstoffeinspritzmenge verringert werden, wenn die Drosselklappe die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr erreicht. In dem Moment, wenn die Drosselklappe die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr erreicht, kann eine Störung des Luftstroms auftreten und daher kann die Kraftstoffeinspritzmenge verringert werden, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten.
-
Zum Zeitpunkt t2 kann die Drosselklappe auf der Grundlage einer Luftstromanforderung des Motors in eine noch weiter geschlossene Stellung bewegt werden. Daher kann der Druckabfall über das Venturi-Rohr kleiner werden und der Ladedruck kann zum Beispiel auf der Grundlage der Motordrehzahl und Motorlast wieder zu einem gewünschten Ladedruck zurückkehren. Der Druckabfall über die Drosselklappe kann jedoch aufgrund des Schließens der Drosselklappe größer werden. Um den Zeitpunkt t3 beginnt die Drosselklappe sich in eine offenere Stellung zu bewegen und sie erreicht die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr zum Zeitpunkt t3 bevor sie sich vom Venturi-Rohr entfernt. Die Schnittstelle mit dem Venturi-Rohr kann zu einem vorübergehenden Anstieg des Druckabfalls über das Venturi-Rohr führen und einen Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge verursachen. Da außerdem die Drosselklappe aufgrund einer Luftstromanforderung bewegt wurde aber nicht auf der Grundlage eines gewünschten Vakuums, kann der Ladedruck auf dem vorgegebenen Ladedruckwert aufrechterhalten werden.
-
Es ist selbstverständlich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-gegenüberliegende und andere Motortypen angewandt werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
-
Die nachfolgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das äquivalente Element davon beziehen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer dieser Elemente enthalten und weder zwei oder mehrerer dieser Elemente erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Veränderung der vorliegenden Ansprüche oder durch das Einreichen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, unabhängig davon ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen breiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang aufweisen, sind auch so zu verstehen, dass sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören.
