DE102014201614A1 - Verfahren und System für die Kraftmaschinensteuerung - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Verringern der Abgastemperaturen während der Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast in Kraftmaschinensystemen bereitgestellt, die konfiguriert sind, um mit mehreren Kraftstoffen zu arbeiten. Über die Einspritzung eines gasförmigen Kraftstoffs, wie z. B. CNG, wird ein stöchiometrischer Zylinderbetrieb bereitgestellt. In Ansprechen auf erhöhte Abgastemperaturen wird der Zylinder durch das Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs, wie z. B. Benzin, angereichert, während die Einspritzung des CNG aufrechterhalten wird und während die zeitliche Steuerung der Funken für das MBT aufrechterhalten wird.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs in einem Fahrzeug mit Zweistoffbetrieb, das komprimiertes Erdgas verwendet.
  • Es sind alternative Kraftstoffe entwickelt worden, um die steigenden Preise herkömmlicher Kraftstoffe zu lindern und um die Abgasemissionen zu verringern. Erdgas ist z. B. als ein attraktiver alternativer Kraftstoff erkannt worden. Für Kraftfahrzeuganwendungen kann das Erdgas komprimiert und unter hohem Druck als ein Gas in Zylindern gespeichert werden. Es können verschiedene Kraftmaschinensysteme mit CNG-Kraftstoffen verwendet werden, die verschiedene Kraftmaschinentechniken und Einspritztechniken verwenden, die an die spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften der CNG-Kraftstoffe angepasst sind. Kraftmaschinensysteme mit Einstoffbetrieb können z. B. konfiguriert sein, um nur mit CNG zu arbeiten, während Systeme mit Mehrstoffbetrieb konfiguriert sein können, um mit CNG und einem oder mehreren anderen Kraftstoffen, wie z. B. Benzin oder flüssigen Benzingemisch-Kraftstoffen, zu arbeiten. Die Kraftmaschinen-Steuersysteme können derartige Systeme mit Mehrstoffbetrieb basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine in verschiedenen Betriebsmodi betreiben.
  • Ein Beispiel eines Systems mit Mehrstoffbetrieb ist von Surnilla u. a. in US 7.703.435 beschrieben. Darin ist eine Kraftmaschine konfiguriert, um mit CNG, Benzin oder einen Gemisch aus beiden zu arbeiten. Der Kraftstoff wird sowohl basierend auf der Menge des in jedem Kraftstoffspeichertank verfügbaren Kraftstoffs als auch basierend auf dem Typ und den Merkmalen des verfügbaren Kraftstoffs ausgewählt, um die Kraftmaschine während spezieller Betriebsbedingungen zu betreiben. Die zurückgelegte Meilenzahl des Fahrzeugs kann z. B. erweitert werden, indem während einer hohen Anforderung des Fahrers ein spezieller Kraftstoff ausgewählt wird. Als ein weiteres Beispiel können die Kraftmaschinenemissionen verbessert werden, indem ein spezieller Kraftstoff für die Startbedingungen der Kraftmaschine reserviert wird.
  • Die Erfinder haben hier jedoch erkannt, dass die Herangehensweise nach '435 nicht alle Merkmale der verfügbaren Kraftstoffe wirksam einsetzen kann. Die Herangehensweise berücksichtigt z. B. nicht die Zündfähigkeitsgrenzen der verfügbaren Kraftstoffe. Weil die Zündfähigkeitsgrenzen jedes Kraftstoffs eine Wirkung auf die Oktanzahl des Kraftstoffs, die Drehmomentausgabe und die Fähigkeit, das Klopfen zu behandeln, besitzen, können die ausgewählten Kraftstoffeinspritzprofile Probleme des Drehmomentverlusts und/oder Probleme der Klopffestigkeit besitzen und/oder die Verwendung einer beträchtlichen Zündspätverstellung erfordern. Als solche können irgendwelche von diesen zu einer verringerten Kraftstoffwirtschaftlichkeit führen.
  • In einem Beispiel können einige der obigen Probleme durch ein Verfahren für eine Kraftmaschine behandelt werden, das alle Merkmale der verfügbaren Kraftstoffe, einschließlich der Zündfähigkeitsgrenzen, wirksam einsetzt. Das Verfahren umfasst während der Bedingungen hoher Last, wenn mit einem ersten gasförmigen Kraftstoff gearbeitet wird, in Ansprechen auf eine erhöhte Abgastemperatur das Anreichern der Kraftmaschine über die Einspritzung eines zweiten, flüssigen Kraftstoffs, während die zeitliche Steuerung der Funken aufrechterhalten wird.
  • Als ein Beispiel kann eine Kraftmaschine konfiguriert sein, um mit einem ersten, gasförmigen Kraftstoff, wie z. B. CNG, und einem zweiten, flüssigen Kraftstoff, wie z. B. Benzin, zu arbeiten. Während der Bedingungen hoher Last kann die Kraftmaschine wenigstens mit etwas CNG arbeiten, um die Vorteile bereitzustellen, die den Verbrauch des flüssigen Kraftstoffs minimieren, während der Drehmomentanforderung entsprochen wird. Mit anderen Worten, das System kann konfiguriert sein, um vorzugsweise den preiswerten gasförmigen Kraftstoff mit hoher Oktanzahl zu verwenden. Es kann z. B. die Kanaleinspritzung des CNG in einen Kraftmaschinenzylinder ausgeführt werden, wobei die Kanaleinspritzung auf der in dem Zylinder empfangenen Einlassluft basiert, um den Zylinder mit einem Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das sich im Wesentlichen oder etwa bei der Stöchiometrie befindet. In Ansprechen auf die erhöhten Abgastemperaturen, auf die gestoßen wird, während bei hohen Lasten der Kraftmaschine gearbeitet wird, kann die Abgaskühlung durch die Anreicherung des Kraftmaschinenzylinders über eine vergrößerte Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs erreicht werden. Wie die Abgastemperatur über eine Schwellentemperatur ansteigt, kann z. B. Benzin direkt in den Zylinder eingespritzt werden, um ein Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis bereitzustellen, das fetter als die Stöchiometrie ist. Gleichzeitig kann die Einspritzung des CNG aufrechterhalten werden, während außerdem die zeitliche Steuerung der Funken für das MBT aufrechterhalten wird. Während der Zylinder z. B. mit 100 % CNG betrieben wird (d. h., mit der Kraftstoffbeaufschlagung mit CNG, das 100 % der Einlassluftmenge entspricht, ausgeführt wird), um der Drehmomentanforderung zu entsprechen, kann der Zylinder unter Verwendung von bis zu 15 % Benzin (d. h. mit der Kraftstoffbeaufschlagung mit zusätzlichem Benzin, das bis 15 % der Einlassluftmenge entspricht) angereichert werden. Während in dem Beispiel auf 100 % CNG und 15 % Benzin Bezug genommen wird, kann dasselbe außerdem alternativ als eine Kraftstoffaufteilung von 87 % CNG und 13 % Benzin bei 15 % Gesamtfettheit dargestellt werden.
  • Diese Herangehensweise stellt verschiedene Vorteile bereit. Zuerst kann die Oktanzahl des CNG verwendet werden, um der Drehmomentanforderung ohne die Notwendigkeit für eine Zündspätverstellung zu entsprechen, während die breitere Zündfähigkeitsgrenze des Benzins (z. B. in dem Bereich von 0,6 bis 1,5 Lambda) vorteilhaft verwendet wird, um das Abgas zu kühlen. Unter Verwendung von CNG, um die Kraftmaschine mit Energie zu versorgen, und Benzin, um die Kraftmaschine zu kühlen, wird ein kleinerer Grad der Anreicherung benötigt, um die Kraftmaschine zu kühlen, als er andernfalls erforderlich gewesen wäre, falls die Kraftmaschine nur mit Benzin arbeiten würde. Als solches verbessert dies die Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Durch die Verringerung der Notwendigkeit für die Zündspätverstellung (die andernfalls erforderlich gewesen wäre, falls die Kraftmaschine nur mit Benzin arbeiten würde) werden die Drehmomentverluste und die Leistungsverluste verringert. Indem außerdem die Notwendigkeit für Drosselklappeneinstellungen verringert wird (was andernfalls erforderlich gewesen wäre, um die Abgastemperatur zu verringern), werden die Drehmomentverluste aufgrund einer geringeren Einlassluftladung außerdem verringert. Insgesamt wird die Abgaskühlung erreicht, ohne Leistungsverluste zu erleiden und ohne die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verringern.
  • Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftmaschinensystems mit Mehrstoffbetrieb, das konfiguriert ist, um mit einem flüssigen Kraftstoff und einem gasförmigen Kraftstoff zu arbeiten;
  • 2 zeigt einen Beispielablaufplan zum Einstellen eines Kraftstoffeinspritzprofils in einem Kraftmaschinensystem mit Mehrstoffbetrieb in Ansprechen auf erhöhte Abgastemperaturen.
  • 3–4 zeigen Beispieleinstellungen an einem Kraftstoffeinspritzprofil eines ersten, flüssigen Kraftstoffs und eines zweiten, gasförmigen Kraftstoffs in Ansprechen auf erhöhte Abgastemperaturen bei hohen Lasten der Kraftmaschine.
  • 5 zeigt Beispielabbildungen, die die Drehmomentvorteile der Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung (mit CNG und Benzin) in unterschiedlichen Drehzahl-Last-Bereichen der Kraftmaschine im Vergleich zu der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit CNG oder nur mit Benzin darstellen.
  • Es werden Verfahren und Systeme zum Kühlen des Abgases in einem Kraftmaschinensystem mit Mehrstoffbetrieb, wie z. B. dem System nach 1, geschaffen. Ein Controller kann konfiguriert sein, um einen Kraftmaschinenzylinder, der mit einem ersten gasförmigen Kraftstoff bei hohen Lasten der Kraftmaschine arbeitet, durch die Vergrößerung der Einspritzung eines zweiten flüssigen Kraftstoffs anzureichern, um die Abgastemperaturen zu verringern. Der Controller kann z. B. eine Steuerroutine, wie sie z. B. in 2 beschrieben ist, ausführen, um die Benzineinspritzung in einen Zylinder zu vergrößern, der bereits mit CNG arbeitet, während die zeitliche Steuerung der Funken aufrechterhalten wird, um das Kraftmaschinenabgas bei hohen Lasten der Kraftmaschine zu kühlen. Beispieleinstellungen in einem System mit Mehrstoffbetrieb sind hier unter Bezugnahme auf die 3–4 beschrieben. Die über die Verwendung der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung erreichten Drehmoment- und Kühlungsvorteile sind in 5 ausgearbeitet. Auf diese Weise können die erhöhten Abgastemperaturen behandelt werden, ohne die Kraftmaschinenausgabe zu verringern.
  • 1 stellt eine Beispielausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 10 dar. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das den Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson 130 des Fahrzeugs 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 enthalten, wobei darin ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an wenigstens ein Antriebsrad des Passagierfahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über eine Schwungscheibe an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
  • Der Zylinder 14 kann Einlassluft über einer Folge von Einlassluftkanälen 142, 144 und 146 empfangen. Der Einlassluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit weiteren Zylindern der Kraftmaschine 10 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlasskanäle eine Ladevorrichtung, wie z. B. einen Turbolader oder einen Lader, enthalten. 1 zeigt, dass die Kraftmaschine 10 mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen Kompressor 174, der zwischen den Einlasskanälen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176, die entlang dem Auslasskanal 148 angeordnet ist, enthält. Der Kompressor 174 kann über eine Welle 180 wenigstens teilweise durch die Abgasturbine 176 angetrieben sein, wobei die Ladevorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wo die Kraftmaschine 10 z. B. mit einem Lader versehen ist, kann die Abgasturbine 176 optional weggelassen sein, wobei der Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Motor oder der Kraftmaschine angetrieben sein kann. Es kann eine Drosselklappe 162, die eine Drosselklappen-Platte 164 enthält, entlang einem Einlasskanal der Kraftmaschine vorgesehen sein, um die Durchflussmenge und/oder den Druck der Einlassluft, die den Kraftmaschinenzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Die Drosselklappe 162 kann z. B. stromabwärts des Kompressors 174 angeordnet sein, wie in 1 gezeigt ist, oder kann alternativ stromaufwärts des Kompressors 174 vorgesehen sein.
  • Der Auslasskanal 148 kann die Abgase zusätzlich zu dem Zylinder 14 von den anderen Zylindern der Kraftmaschine 10 empfangen. Es ist gezeigt, dass ein Abgassensor 128 stromaufwärts einer Abgasreinigungsvorrichtung 178 an den Auslasskanal 148 gekoppelt ist. Der Sensor 128 kann irgendein geeigneter Sensor sein, um eine Angabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase bereitzustellen, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff-Sensor), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO (wie dargestellt ist), ein HEGO (ein erwärmter EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Abgasreinigungsvorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus sein. Die Kraftmaschine 10 kann ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) enthalten, das im Allgemeinen bei 194 angegeben ist. Das EGR-System 194 kann einen EGR-Kühler 196, der entlang der EGR-Leitung 198 angeordnet ist, enthalten. Ferner kann das EGR-System ein EGR-Ventil 197 enthalten, das entlang der EGR-Leitung 198 angeordnet ist, um die Menge des zu dem Einlasskrümmer 144 zurückgeführten Abgases zu steuern.
  • Jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile enthalten. Es ist z. B. gezeigt, dass der Zylinder 14 wenigstens ein Einlass-Tellerventil 150 und wenigstens ein Auslass-Tellerventil 156 enthält, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders 14 befinden. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 einschließlich des Zylinders 14 wenigstens zwei Einlass-Tellerventile und wenigstens zwei Auslass-Tellerventile enthalten, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders befinden.
  • Das Einlassventil 150 kann durch den Controller 12 über einen Aktuator 152 gesteuert werden. Ähnlich kann das Auslassventil 156 durch den Controller 12 über einen Aktuator 154 gesteuert werden. Während einiger Bedingungen kann der Controller 12 die den Aktuatoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um die zeitliche Steuerung des Öffnens und des Schließens und/oder den Hubbetrag der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch jeweilige (nicht gezeigte) Ventilpositionssensoren bestimmt werden. Die Ventilaktuatoren können eine elektrische Ventilbetätigung oder eine Nockenbetätigung oder eine Kombination daraus enthalten. In dem Beispiel der Nockenbetätigung kann jedes Nockenbetätigungssystem einen oder mehrere Nocken enthalten und kann ein Nockenkurvenschaltsystem (CPS-System) und/oder ein System mit variabler Nockenzeitsteuerung (VCT-System) und/oder ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung (VVT-System) und/oder ein System mit variablem Ventilhub (VVL-System) verwenden, die durch den Controller 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Der Zylinder 14 kann z. B. alternativ ein über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über eine Nockenbetätigung, die das CPS und/oder des VCT enthält, gesteuertes Auslassventil enthalten. In anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem oder ein Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem mit variabler zeitlicher Steuerung gesteuert sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung enthalten. Das Zündsystem 190 kann der Verbrennungskammer 14 in Ansprechen auf ein Zündvorverstellungssignal SA von dem Controller 12 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann jedoch die Zündkerze 192 weggelassen sein, wie z. B. wo die Kraftmaschine 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch die Einspritzung des Kraftstoffs einleiten kann, wie es bei einigen Diesel-Kraftmaschinen der Fall sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen konfiguriert sein, um ihm Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 zwei Kraftstoffeinspritzdüsen 166 und 170 enthält. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um den Kraftstoff direkt proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW-1 einzuspritzen, das über den elektronischen Treiber 168 von dem Controller 12 empfangen wird. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 166 das bereit, was als Direkteinspritzung (die im Folgenden als "DI" bezeichnet wird) des Kraftstoffs in den Verbrennungszylinder 14 bekannt ist. Während 1 die Einspritzdüse 166 als eine Seiteneinspritzdüse zeigt, kann sie sich außerdem über dem Kolben, z. B. in der Nähe der Position der Zündkerze 192, befinden. Der Kraftstoff kann von einem ersten Kraftstoffsystem 172, das ein System für flüssigen Kraftstoff (z. B. Benzin, Äthanol oder Kombinationen daraus) sein kann und das einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und einen Kraftstoffverteiler enthält, der Kraftstoffeinspritzdüse 166 zugeführt werden. In einem Beispiel kann, wie in 1 gezeigt ist, das Kraftstoffsystem 172 einen Kraftstofftank 182 und einen Kraftstoffsensor 184, z. B. einen Flüssigkeitspegelsensor, um die Speichermenge in dem Kraftstofftank 182 zu detektieren, enthalten. Alternativ kann der Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe bei einem niedrigeren Druck zugeführt werden, wobei in diesem Fall die zeitliche Steuerung der Kraftstoff-Direkteinspritzung während des Verdichtungstakts weiter eingeschränkt sein kann, als wenn ein Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet wird.
  • Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 170 anstatt in dem Zylinder 14 in einer Konfiguration, die das bereitstellt, was als Kanaleinspritzung des Kraftstoffs (die im Folgenden als "PFI" bezeichnet wird) in den Einlasskanal stromaufwärts des Zylinders 14 bekannt ist, im Einlasskanal 146 angeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 170 kann den Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite eines Signals FPW-2, das über den elektronischen Treiber 171 von dem Controller 12 empfangen wird, einspritzen. Der Kraftstoff kann durch ein zweites Kraftstoffsystem 173, das ein Hochdruck-Kraftstoffsystem sein kann und das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler enthält, der Kraftstoffeinspritzdüse 170 zugeführt werden. In einem Beispiel kann, wie in 1 gezeigt ist, das Kraftstoffsystem 173 einen Kraftstofftank 183 für unter Druck gesetztes Gas und einen Kraftstoffdrucksensor 185, um den Kraftstoffdruck in dem Kraftstofftank 183 zu detektieren, enthalten. Es wird angegeben, dass ein einziger Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet werden kann oder mehrere Treiber, z. B. der Treiber 168 für die Kraftstoffeinspritzdüse 166 und der Treiber 171 für die Kraftstoffeinspritzdüse 170, verwendet werden können, wie dargestellt ist. Das Kraftstoffsystem 173 kann ein System für gasförmigen Kraftstoff sein. Die gasförmigen Kraftstoffe können z. B. CNG, Wasserstoff, LPG, LNG usw. oder Kombinationen daraus enthalten. Es wird erkannt, dass die gasförmigen Kraftstoffe, auf die hier Bezug genommen wird, Kraftstoffe sind, die unter Atmosphärenbedingungen gasförmig sind, die sich aber in einer flüssigen Form befinden können, wenn sie sich in dem Kraftstoffsystem unter hohem Druck (spezifisch über dem Sättigungsdruck) befinden. Im Vergleich sind die flüssigen Kraftstoff, auf die hier Bezug genommen wird, Kraftstoffe, die bei Atmosphärenbedingungen flüssig sind.
  • Es wird erkannt, dass, während die dargestellte Ausführungsform konfiguriert ist, um einen Kraftstoff über Direkteinspritzung und einen weiteren Kraftstoff über Kanaleinspritzung zuzuführen, in noch weiteren Ausführungsformen das Kraftmaschinensystem mehrere Kanaleinspritzdüsen enthalten kann, wobei sowohl der gasförmige Kraftstoff als auch der flüssige Kraftstoff einem Zylinder über Kanaleinspritzung zugeführt werden. Gleichermaßen kann in anderen Ausführungsformen das Kraftstoffsystem mehrere Direkteinspritzdüsen enthalten, wobei sowohl der gasförmige Kraftstoff als auch der flüssige Kraftstoff einem Zylinder über Direkteinspritzung zugeführt werden.
  • Die Zufuhr der unterschiedlichen Kraftstoffe kann als ein Kraftstofftyp bezeichnet werden, so dass der Kraftstofftyp durch die Einspritzung von relativ mehr oder weniger des flüssigen Kraftstoffs im Vergleich zu dem gasförmigen Kraftstoff oder umgekehrt verändert werden kann.
  • Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabe-Ports 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, das in diesem speziellen Beispiel als ein Festwertspeicher-Chip 110 gezeigt ist, Schreib-Lese-Speicher 112, Haltespeicher 114 und einen Datenbus enthält. Der Controller 12 kann zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassendurchflusses (MAF) von einem Luftmassendurchflusssensor 124; der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profil-Zündungs-Ansprechsignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor; und einem Krümmer-Absolutdrucksignal MAP von einem Sensor 122. Das Kraftmaschinen-Drehzahlsignal, RPM, kann durch den Controller 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe des Unterdrucks oder des Drucks in dem Einlasskrümmer bereitzustellen. Es wird angegeben, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie z. B. ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Angabe des Kraftmaschinendrehmoments angeben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Kraftmaschinendrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingeleiteten Ladung (einschließlich der Luft) bereitstellen. In einem Beispiel kann der Sensor 120, der außerdem als ein Kraftmaschinen-Drehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Drehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse erzeugen.
  • Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine. Als solcher kann jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse(n), Zündkerze usw. enthalten.
  • Wie hier unter Bezugnahme auf 2 ausgearbeitet wird, kann ein Kraftmaschinen-Controller einen oder mehrere von einem ersten, gasförmigen Kraftstoff, wie z. B. CNG, in den Kraftmaschinenzylinder (z. B. über eine Kanaleinspritzdüse 170) und einem zweiten, flüssigen Kraftstoff, wie z. B. Benzin, in den Kraftmaschinenzylinder (z. B. über eine Direkteinspritzdüse 166) einspritzen, um den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen zu entsprechen. Ferner kann während der Bedingungen, wenn die Abgastemperaturen (oder die Verbrennungskammertemperaturen) der Kraftmaschine erhöht sind, wie z. B. während der Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast, eine Zylinderkühlung erreicht werden, indem der Zylinder mit einer vergrößerten Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs angereichert wird. Spezifisch kann die Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs (z. B. 100 % CNG, wobei die Kraftstoffbeaufschlagung des CNG in dem Zylinder 100 % der Einlassluftmenge des Zylinders entspricht) verwendet werden, um der Kraftmaschinen-Leistungsanforderung zu entsprechen, während die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs (z. B. 0–15 % Benzin, wobei die Kraftstoffbeaufschlagung des Benzins in dem Zylinder 0–15 % der Einlassluftmenge des Zylinders entspricht) verwendet wird, um den Zylinder zu kühlen. Dies ermöglicht, dass die Abgaskühlung erreicht wird, ohne Einstellungen der Drosselklappe oder der zeitlichen Steuerung der Funken zu erfordern und ohne die Kraftmaschinenleistung zu beeinträchtigen. Durch die Verwendung des gasförmigen Kraftstoffs, um der Drehmomentanforderung zu entsprechen, kann die Zündfähigkeitsgrenze des flüssigen Kraftstoffs verbreitert werden (z. B. auf 0,6–1,5 Lambda), was es ermöglicht, dass ein größerer Grad der Anreicherung toleriert wird, bevor sich Probleme der Verbrennungsstabilität ergeben. Dieser der Intuition widersprechende Effekt ist auf die Fähigkeit zurückzuführen, aufgrund der höheren Oktanzahl des gasförmigen Kraftstoffs den Funken im Wesentlichen für das MBT aufrechtzuerhalten. Das "Negative" der Verbrennungsstabilität der extremen Zündspätverstellung, die dem Betrieb nur mit Benzin zugeordnet ist, wird dadurch eliminiert, wenn der Basiskraftstoffbedarf der Luft durch den gasförmigen Kraftstoff gedeckt wird. Ferner setzt die Kombination die Merkmale beider Kraftstoffe wirksam ein, was es ermöglicht, dass eine Abgaskühlung mit einem viel kleineren Betrag der Anreicherung erreicht wird, als er erforderlich gewesen wäre, falls irgendein Kraftstoff verwendet würde. Beispielhafte Kraftstoffeinspritzungsprofile, die während der Abgaskühlung verwendet werden, werden hier unter Bezugnahme auf die 3–4 ausgearbeitet.
  • Auf diese Weise ermöglicht das System nach 1 ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine, wobei während der Bedingungen einer hohen Last, wenn mit einem ersten gasförmigen Kraftstoff gearbeitet wird, in Ansprechen auf eine erhöhte Abgastemperatur die Kraftmaschine über die Einspritzung eines zweiten, flüssigen Kraftstoffs angereichert wird, während im Wesentlichen die zeitliche Steuerung der Funken für das MBT aufrechterhalten wird. Unter Verwendung von CNG, um den Zylinder bei der Stöchiometrie zu betreiben, während Benzin verwendet wird, um den Zylinder anzureichern, können z. B. die Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen erfüllt werden, indem das CNG verbrannt wird, während die Benzineinspritzung verwendet wird, um das Abgas zu kühlen.
  • In 2 ist nun eine Beispielroutine 200 zum Einstellen des Kraftstoffeinspritzprofils in einem Kraftmaschinensystem mit Mehrstoffbetrieb (wie z. B. dem Kraftmaschinensystem nach 1) gezeigt, um die Abgastemperaturen zu verringern, ohne die Kraftmaschinenleistung, insbesondere während der Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast, zu verschlechtern.
  • Bei 202 enthält die Routine das Schätzen und/oder das Messen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Diese können z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Kraftmaschinentemperatur, die Abgaskatalysatortemperatur, das Niveau der Aufladung, den MAP, den MAF usw. enthalten. Bei 204 können die Art und die Verfügbarkeit der Kraftstoffe in den Kraftstofftanks des Kraftmaschinensystems mit Mehrstoffbetrieb bestimmt werden. Die Ausgabe der Kraftstofftank-Kraftstoffpegelsensoren kann z. B. verwendet werden, um die Verfügbarkeit des Kraftstoffs in jedem Kraftstofftank zu schätzen. Als ein weiteres Beispiel kann bestimmt werden, ob der verfügbare gasförmige Kraftstoff CNG, LPG, Wasserstoff usw. ist. Als ein noch weiteres Beispiel kann der Alkoholgehalt des flüssigen Kraftstoffs geschätzt werden, um die Zusammensetzung des verfügbaren flüssigen Kraftstoffs zu bestimmen (z. B. ob der flüssige Kraftstoff E10, E50, E85, M85 usw. ist).
  • Bei 206 kann basierend auf den geschätzten Betriebsbedingungen der Kraftmaschine und der bestimmten Verfügbarkeit der Kraftstoffe in den Kraftstoffsystemen der Kraftmaschine ein Kraftstoffeinspritzprofil bestimmt werden. Spezifisch kann das Kraftstoffeinspritzprofil eine Menge eines ersten, gasförmigen Kraftstoffs (wie z. B. CNG) und/oder eine Menge eines zweiten, flüssigen Kraftstoffs (wie z. B. Benzin) enthalten, die in einen Kraftmaschinenzylinder eingespritzt werden, um den Zylinder bei der Stöchiometrie zu betreiben. In einem Beispiel kann die Kraftmaschine mit der Einspritzung nur des ersten, gasförmigen Kraftstoffs betrieben werden, wobei die Menge des in den Kraftmaschinenzylinder eingespritzten ersten Kraftstoffs basierend auf der in dem Zylinder empfangenen Einlassluft eingestellt wird, um die Kraftmaschine mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben. Hier kann der erste gasförmige Kraftstoff dem Zylinder als eine Kanaleinspritzung zugeführt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Kraftmaschine mit der Einspritzung nur des zweiten, flüssigen Kraftstoffs betrieben werden, wobei eine Menge des in den Kraftmaschinenzylinder eingespritzten zweiten Kraftstoffs basierend auf der in dem Zylinder empfangenen Einlassluft eingestellt wird, um die Kraftmaschine mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben. Hier kann der zweite flüssige Kraftstoff dem Zylinder als eine Direkteinspritzung zugeführt werden. In einem noch weiteren Beispiel kann die gemeinsame Kraftstoffbeaufschlagung des Kraftmaschinenzylinders mit wenigstens etwas des ersten gasförmigen Kraftstoffs und wenigstens etwas des zweiten flüssigen Kraftstoffs ausgeführt werden, die in den Zylinder eingespritzt werden, wobei die Mengen des ersten und des zweiten Kraftstoffs basierend auf der in dem Zylinder empfangenen Einlassluft eingestellt werden, um die Kraftmaschine mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben. Hier kann der erste gasförmige Kraftstoff dem Zylinder als eine Kanaleinspritzung zugeführt werden, während der zweite flüssige Kraftstoff als eine Direkteinspritzung zugeführt wird.
  • Bei 208 kann bestimmt werden, ob die Kraftmaschine mit wenigstens etwas CNG arbeitet. Es kann z. B. bestimmt werden, ob der stöchiometrische Kraftmaschinenbetrieb über die Einspritzung von nur CNG oder wenigstens etwas CNG bereitgestellt wird. Wenn die Kraftmaschine mit wenigstens CNG arbeitet, dann kann bei 212 bestimmt werden, ob die Bedingungen einer erhöhten Abgastemperatur vorhanden sind. In einem Beispiel, wenn bei hohen Kraftmaschinenlasten gearbeitet wird, können die Abgastemperaturen hoch werden, was zu einer vergrößerten Neigung zu anomalen Verbrennungsereignissen, wie z. B. Klopfen, Fehlzündung oder einer Beschädigung der Materialien der Kraftmaschine, führt. Wenn die Abgastemperatur (Texh) nicht höher als eine Schwellentemperatur ist, dann kann bei 214 das bei 206 bestimmte Einspritzprofil aufrechterhalten werden.
  • Wenn die Abgastemperatur höher als die Schwellentemperatur ist, dann kann bei 220 bestimmt werden, ob der zweite flüssige Kraftstoff verfügbar ist, um die erhöhte Abgastemperatur zu behandeln. Wenn ja, dann enthält bei 224, wenn mit dem ersten gasförmigen Kraftstoff gearbeitet wird, in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur (z. B. während der Bedingungen einer hohen Last) die Routine das Anreichern der Kraftmaschine über die Einspritzung des zweiten, flüssigen Kraftstoffs, während die zeitliche Steuerung der Funken aufrechterhalten wird. Spezifisch kann eine Menge des in den Zylinder eingespritzten ersten Kraftstoffs vorher basierend auf der Einlassluft in dem Zylinder bestimmt werden, um die Kraftmaschine mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben. Dann kann, während der Betrieb mit dem ersten gasförmigen Kraftstoff aufrechterhalten wird, eine Menge des zweiten, flüssigen Kraftstoffs, die in den Zylinder eingespritzt wird, vergrößert werden, um den Zylinder mit einem fetten Verbrennungsluft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis zu betreiben. Außerdem kann die zeitliche Steuerung der Funken im Wesentlichen für das MBT aufrechterhalten werden. Die zeitliche Steuerung der Funken kann z. B. auf der zeitlichen Steuerung für ein Spitzendrehmoment aufrechterhalten werden.
  • Es wird erkannt, dass in alternativen Beispielen das Aufrechterhalten der zeitlichen Steuerung der Funken das Aufrechterhalten der zeitlichen Steuerung der Funken auf einer anderen zeitlichen Steuerung der Funken als für das MBT enthält. Das heißt, der angewendete Betrag der Zündspätverstellung oder der Zündvorverstellung kann aufrechterhalten werden. Es kann z. B. Bedingungen geben, unter denen, selbst bei unbegrenzter Oktanzahl, die Zündspätverstellung nicht basierend auf dem Zylinderklopfen, sondern basierend auf der Verbrennungs-Druckanstiegsrate eingeschränkt ist. In diesen Beispielen kann die Kraftmaschine an einem Punkt arbeiten, an dem der Funken basierend auf Überlegungen zur Druckanstiegsrate von dem MBT in Richtung spät verstellt ist. Darin kann die Einstellung der Zündspätverstellung aufrechterhalten werden, während die Einspritzung des ersten gasförmigen Kraftstoffs und des zweiten flüssigen Kraftstoffs eingestellt wird.
  • Hier wird die Menge des zweiten Kraftstoffs basierend auf der erhöhten Abgastemperatur eingestellt. Das Einstellen kann das Einstellen der Menge des zweiten Kraftstoffs basierend auf einem Unterschied zwischen der erhöhten Abgastemperatur und einer Schwellentemperatur enthalten. Wie z. B. ein Unterschied zwischen der (gemessenen oder abgeleiteten) Abgastemperatur und der Schwellentemperatur zunimmt, kann die in den Zylinder eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs vergrößert werden, während die in den Zylinder eingespritzte Menge des ersten Kraftstoffs aufrechterhalten wird. Mit anderen Worten, es wird bei höheren Abgastemperaturen mehr des zweiten flüssigen Kraftstoffs zusätzlich in den Zylinder eingespritzt und es wird bei niedrigeren Abgastemperaturen weniger des flüssigen zweiten Kraftstoffs zusätzlich in den Zylinder eingespritzt, währenddessen die Einspritzung des ersten gasförmigen Kraftstoffs aufrechterhalten wird. Es wird erkannt, dass die Menge des ersten, gasförmigen Kraftstoffs nicht in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur eingestellt wird und dass nur die Menge des zweiten, flüssigen Kraftstoffs in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur eingestellt wird. Es wird außerdem erkannt, dass, währenddessen der zweite Kraftstoff eingespritzt wird, um den Zylinder anzureichern und das Abgas zu kühlen, die Einspritzung des ersten, gasförmigen Kraftstoffs auf einer stöchiometrischen Relation bezüglich der frischen Einlassluft in den Zylinder aufrechterhalten wird. In einem Beispiel kann das Kraftstoffeinspritzprofil 100 % CNG und bis zu 15 % Benzin zum Kühlen des Abgases enthalten. Hier wird das Benzin verwendet, um die Zündfähigkeitsgrenzen zu verbreitern, während das CNG verwendet wird, um die Klopfgrenzen zu löschen. Die Verwendung beider Kraftstoffe verbessert nicht nur die Grenzen der Verbrennungsstabilität (durch das Verbreitern der Zündfähigkeitsgrenzen), sondern die über die Verwendung der Kombination der Kraftstoffe erreichte Leistungsverstärkung ist außerdem höher als die Leistungsverstärkung, die mit der Verwendung irgendeines Kraftstoffs allein erreichbar ist. Auf diese Weise wird die Abgaskühlung erreicht, ohne einen Drehmomentverlust zu erleiden.
  • Als solches bedeutet das Betreiben des Zylinders mit 100 % CNG und 15 % Benzin die Kraftstoffbeaufschlagung des Zylinders mit CNG, das 100 % der Einlassluftmenge entspricht, um der Drehmomentanforderung zu entsprechen, während der Zylinder mit zusätzlichem Benzin, das 15 % der Einlassluftmenge entspricht, angereichert wird. Es wird erkannt, dass das Beispiel, das sich auf 100 % CNG und 15 % Benzin bezieht, alternativ als eine Kraftstoffaufspaltung von 87 % CNG und 13 % Benzin bei 15 % Gesamtfettheit ausgedrückt werden kann.
  • In einem alternativen Beispiel kann das Kraftstoffeinspritzprofil für die Kühlung des Abgases 60 % CNG und bis zu 10 % Benzin (d. h. die Kraftstoffbeaufschlagung des Zylinders mit CNG, das 60 % der Einlassluftmenge entspricht, und die Kraftstoffbeaufschlagung des Zylinders mit Benzin, das 15 % der Einlassluft entspricht) enthalten. Auch hier wird das Benzin verwendet, um die Zündfähigkeitsgrenzen zu verbreitern, während das CNG verwendet wird, um die Klopfgrenzen zu löschen. Aufgrund der verringerten Kraftstoffverwendung in diesem Beispiel kann jedoch etwas Drehmomentverlust erlitten werden.
  • Als solches ist historisch in der CNG-Industrie der Benzinbetrieb als der Modus mit "bester Leistung/bestem Drehmoment" bekannt. Der beschriebene Kraftstoffbeaufschlagungs-Algorithmus liefert eine Zunahme der Leistung bei einer signifikanten Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber dem Modus nur mit Benzin. Mit anderen Worten, diese innovative Form der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung, die die Wirkung der Zündfähigkeitsgrenze erkennt, erhält eine bessere maximale Leistung und ein besseres maximales Drehmoment bei einem besseren bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch als Benzin allein.
  • Es wird erkannt, dass in bestimmten Situationen, wo die maximale Leistung oder das maximale Drehmoment nicht erforderlich ist, der Controller die Kraftmaschine für die Verringerung der Abgastemperatur, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder die Verringerung der NOx-Emissionen mager betreiben kann. In diesen Situationen kann die Verwendung des Benzins die Mager-Zündfähigkeitsgrenze gegenüber der des Benzins allein erweitern.
  • In einigen Ausführungsformen kann die eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs ferner auf einem Alkoholgehalt des zweiten Kraftstoffs basieren. Als solche besitzen Alkohol und Alkohollösungen eine größere Zylinder- und Abgaskühlungswirkung als Benzin mit einem äquivalenten Energiegehalt. Folglich ist für irgendein gegebenes Soll-Lambda (Lambda ist als tatsächliches AFR/stöchiometrisches AFR definiert) weniger Alkoholkraftstoff als Benzin erforderlich, um eine äquivalente Kühlung zu erreichen. Die eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs kann ferner auf der Zündfähigkeitsgrenze des zweiten Kraftstoffs basieren. Als solches könnte das Gesamtgemisch sogar noch magerer betrieben werden, falls eine Mager-Zündfähigkeit des Kraftstoffs die des Benzins übersteigt, wobei folglich mehr der obenerwähnten Mager-Vorteile geliefert werden.
  • Das Aufrechterhalten des Betriebs mit dem ersten Kraftstoff, während eine in den Zylinder eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs vergrößert wird, kann die Kanaleinspritzung des ersten Kraftstoffs enthalten, während der zweite Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird. Das Gemisch aus dem zweiten Kraftstoff und dem ersten Kraftstoff kann dann über Funkenzündung in dem Zylinder verbrannt werden.
  • Falls bei 220 der flüssige Kraftstoff als solcher nicht verfügbar ist, kann die Routine zu 222 weitergehen, wo die Abgastemperatur über die Verwendung nur des ersten gasförmigen Kraftstoffs begrenzt wird. Dies kann durch das Einstellen der Einspritzmenge des ersten Kraftstoffs (bezüglich der Einlassladung) erreicht werden, um den Zylinder anzureichern oder abzumagern. Als ein Beispiel kann, wenn der erste Kraftstoff CNG ist, die Abgastemperatur begrenzt werden, indem 10 % fetter als die Stöchiometrie oder 20 % magerer als die Stöchiometrie gearbeitet wird. Die Anreicherung kann bei einem begrenzten Drehmomentverlust etwas Kühlung bereitstellen. Die Abmagerung kann bei einem größeren Drehmomentverlust relativ mehr Kühlung bereitstellen. In einem alternativen Beispiel kann die Abgastemperatur verringert werden, indem zurück gedrosselt wird. Hier verringert die Verringerung der Öffnung der Einlassdrosselklappe die in dem Zylinder empfangene Einlassluft, was eine Kühlung ermöglicht. Es wird jedoch ein größerer Drehmomentverlust erlitten.
  • Zurück in 224 kann nach dem Verbrennen des Gemischs aus dem zweiten Kraftstoff und dem ersten Kraftstoff in dem Zylinder bei 226 bestimmt werden, ob die Abgastemperatur gesteuert worden ist. Spezifisch kann bestimmt werden, ob die Abgastemperatur (Texh) immer noch über der Schwellentemperatur liegt. Wenn nicht, kann die Routine enden und kann die Kraftstoffbeaufschlagung des Zylinders basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine wiederaufgenommen werden. Wenn jedoch die Abgastemperatur (Texh) immer noch erhöht ist (z. B. über der Schwellentemperatur liegt), dann kann bei 228 bestimmt werden, ob das Verbrennungsverhältnis des Zylinders ein fettes Luft-Kraftstoff-Schwellenverhältnis erreicht hat.
  • Bei 232 kann, falls das Verbrennungsverhältnis des Zylinders das fette Luft-Kraftstoff-Schwellenverhältnis nicht erreicht hat, die in den Zylinder eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur vergrößert werden. Als solcher kann der Controller in Ansprechen auf die erhöhten Abgastemperaturen das Anreichern des Zylinders fortsetzen, um das Abgas mit einer vergrößerten Einspritzung des zweiten, flüssigen Kraftstoffs zu kühlen, bis ein fettes Verbrennungsluft-Kraftstoff-Schwellenverhältnis erreicht ist. Dieses Luft-Kraftstoff-Schwellenverhältnis kann auf den Grenzen der Verbrennungsstabilität basieren und kann als solches durch die Zündfähigkeitsgrenze des verwendeten flüssigen Kraftstoffs beeinflusst werden.
  • Im Vergleich enthält bei 230 in Ansprechen auf die Abgastemperatur, die selbst nach dem Erreichen des fetten Verbrennungsluft-Kraftstoff-Schwellenverhältnisses immer noch über der Schwellentemperatur liegt, die Routine das Verwenden alternativer Herangehensweisen, um die Abgastemperatur zu begrenzen. Spezifisch enthält die Routine das Verringern der Öffnung der Einlassdrosselklappe, während die eingespritzte Menge des ersten Kraftstoffs aufrechterhalten wird (um die stöchiometrische Beziehung zwischen dem ersten Kraftstoff und der Einlassluftladung des Zylinders aufrechtzuerhalten) und während die Menge des zweiten Kraftstoffs aufrechterhalten wird (um die Beziehung, die fetter als die Stöchiometrie ist, zwischen dem zweiten Kraftstoff und der Einlassluftladung des Zylinders aufrechtzuerhalten). Durch das Verringern der Öffnung der Einlassdrosselklappe kann eine in dem Zylinder empfangene Menge der Einlassluft verringert werden und kann eine Abgasüberhitzung behandelt werden, wenngleich mit einem entsprechenden Abfall der Leistungsausgabe der Kraftmaschine.
  • Falls bei 208 die Kraftmaschine nicht mit wenigstens CNG arbeitet, kann bei 210 bestätigt werden, dass die Kraftmaschine nur mit einem flüssigen Kraftstoff arbeitet. Es kann z. B. bestätigt werden, dass die Kraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzprofil arbeitet, das die Einspritzung nur von Benzin oder die Einspritzung nur eines Benzin-Alkohol-Kraftstoffgemischs enthält. Als Nächstes kann bei 216 wie bei 212 bestimmt werden, ob die Abgastemperatur (Texh) höher als die Schwellentemperatur ist. Wenn nicht, dann kehrt die Routine zu 214 zurück, um das Einspritzprofil aufrechtzuerhalten. Wenn andernfalls die Bedingungen einer Abgasübertemperatur vorhanden sind, dann begrenzt bei 218 die Routine die Abgastemperatur über die Verwendung nur des zweiten flüssigen Kraftstoffs. Dies kann durch das Einstellen der Einspritzmenge des zweiten Kraftstoffs (bezüglich der Einlassladung) erreicht werden, um den Zylinder anzureichern oder abzumagern. Als ein Beispiel kann, wenn der zweite Kraftstoff Benzin ist, die Abgastemperatur begrenzt werden, indem 40 % fetter als die Stöchiometrie oder 30 % magerer als die Stöchiometrie gearbeitet wird, oder über die Verwendung einer beträchtlichen Zündspätverstellung begrenzt werden. Die Anreicherung oder die Zündspätverstellung können etwas Kühlung bereitstellen, aber mit einem beträchtlichen Drehmomentverlust. Die Abmagerung kann außerdem eine Kühlung bereitstellen, aber abermals mit einem entsprechenden Drehmomentverlust. In einem alternativen Beispiel kann die Abgastemperatur verringert werden, indem zurück gedrosselt wird. Hier verringert die Verringerung der Öffnung der Drosselklappe die in dem Zylinder empfangene Einlassluft, was eine Kühlung ermöglicht. Es wird jedoch ein größerer Drehmomentverlust erlitten.
  • Ein ausführlicher Vergleich der Drehmomentverhältnis-, Äquivalenzverhältnis- und Drehmomentvorteile, die durch die Verwendung einer Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung (wobei die Kraftstoffbeaufschlagung eines Zylinders sowohl mit Benzin als auch mit CNG ausgeführt wird) bezüglich der herkömmlichen Herangehensweisen der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit CNG oder nur mit Benzin erreicht werden, wird im Folgenden in 5 ausgearbeitet.
  • In 3 zeigt nun eine beispielhafte Luft-Kraftstoff-Gemische unter Verwendung eines oder mehrerer des ersten, gasförmigen Kraftstoffs und des zweiten, flüssigen Kraftstoffs, die in einem Zylinder verbrannt werden. Die stellt außerdem die Einstellungen der Einlassdrosselklappe dar, die mit verschiedenen Verbrennungsgemischen gleichzeitig verwendet werden können, um die Abgastemperaturen unter den Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast zu verringern. Insbesondere sind Beispielverteilungen des Kraftstoffs in einem Zylinderverbrennungsgemisch zwischen einer ersten Menge des ersten, gasförmigen Kraftstoffs (wie z. B. CNG) und einer zweiten Menge des zweiten flüssigen Kraftstoffs (wie z. B. Benzin) für eine gegebene Menge der Einlassluft gezeigt. In allen dargestellten Beispielen werden unterschiedliche Verteilungen verwendet, um eine Zylinderkühlung zu ermöglichen und die dem Abgas zugeführte Wärmemenge zu verringern.
  • Für jedes Zylinderverbrennungsgemisch kann eine Einlassluftmenge des Zylinders bestimmt werden (die hier durch entsprechende schraffierte Balken dargestellt ist). Die Einlassluftmenge für das Zylinderverbrennungsgemisch kann auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basieren, die z. B. die Ladeeinstellungen des Turboladers und die Einstellungen der Einlass- und Auslassventile (z. B. das Öffnen der Ventile, das Schließen der Ventile, die Dauer der Ventilöffnung, die Dauer der Ventilüberschneidung usw.) enthalten. Dann wird eine in dem Zylinderverbrennungsgemisch entsprechend verwendete Menge des Kraftstoffs basierend auf der Abgastemperatur eingestellt. Die Verwendung des ersten, gasförmigen Kraftstoffs in dem Zylinderverbrennungsgemisch ist durch einen massiven weißen Balken dargestellt, während die Verwendung des zweiten, flüssigen Kraftstoffs in dem Zylinderverbrennungsgemisch durch einen kreuzweise schraffierten Balken dargestellt ist. In den dargestellten Beispielen ist der erste Kraftstoff CNG und ist der zweite Kraftstoff Benzin. Es wird erkannt, dass in den folgenden Beispielen eine 1:1-Verwendung des Kraftstoffs und der Luft in dem Zylinder verwendet wird, um ein im Wesentlichen stöchiometrisches Verbrennungsgemisch darzustellen. Jeder in dem Gemisch über dem 1:1-Verhältnis (Lambda-Verhältnis) enthaltene zusätzliche Kraftstoff wird verwendet, um ein Verbrennungsgemisch darzustellen, das fetter als die Stöchiometrie ist, wobei die Fettigkeit zunimmt, wie die Menge des zusätzlichen Kraftstoffs zunimmt. Wie die Kraftstoffmenge, die zu der Luftmenge proportional ist, hier verwendet wird, bedeutet sie nicht ein Luft:Kraftstoff-Verhältnis von 1:1. Stattdessen bedeutet sie ein Verhältnis, das erforderlich ist, um ein stöchiometrisches Gemisch (z. B. Luft:Kraftstoff von 14,6:1 für Benzin) zu erzeugen. In alternativen Beispielen kann das Luft:Kraftstoff-Verhältnis basierend auf dem Luft-zu-Kraftstoff-Sollverhältnis jedes Gemischs anders sein (z. B. ein 1:1-Verhältnis).
  • Das Beispiel I stellt ein erstes Kraftstoffeinspritzprofil dar, das während der Bedingungen einer niedrigen bis mittleren Kraftmaschinenlast verwendet werden kann, während die Abgastemperaturen unter einer Schwellentemperatur liegen. Hier wird eine erste Einspritzmenge des ersten Kraftstoffs (der massive Balken) eingestellt, damit sie proportional zu der Einlassluftmenge des Zylinders (der schraffierte Balken) ist, so dass ein im Wesentlichen stöchiometrisches Zylinderverbrennungsgemisch erzeugt wird. In dem dargestellten Beispiel wird nur der erste Kraftstoff eingespritzt, wobei keine Einspritzung des zweiten Kraftstoffs erforderlich ist, um der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung zu entsprechen. Weil ferner die Abgastemperatur innerhalb der Schwellentemperatur liegt, sind keine zusätzlichen Einstellungen der Drosselklappe erforderlich, wobei eine Position der Einlassdrosselklappe aufrechterhalten werden kann.
  • Das Beispiel II stellt ein zweites Kraftstoffeinspritzprofil dar, das während der Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast in Ansprechen auf die Abgastemperaturen, die über einer Schwellentemperatur liegen, verwendet werden kann. Hier wird die erste Einspritzmenge des ersten Kraftstoffs (der massive Balken) proportional zur Einlassluftmenge des Zylinders (der gestrichelte Balken) aufrechterhalten, so dass ein im Wesentlichen stöchiometrisches Zylinderverbrennungsgemisch durch die Luft und den ersten Kraftstoff erzeugt wird. Dann wird durch die Einspritzung der zweiten Menge des zweiten Kraftstoffs (der kreuzweise schraffierte Balken) die Anreicherung des Zylinders bereitgestellt. Insbesondere wird eine Menge des zweiten Kraftstoffs hinzugefügt, die auf dem Unterschied zwischen der erhöhten Abgastemperatur und der Schwellentemperatur basiert, um ein Verbrennungsgemisch in dem Zylinder zu erzeugen, das fetter als die Stöchiometrie ist. Hier stellt der zu dem Zylinder hinzugefügte flüssige Kraftstoff eine Kühlungswirkung bereit, die die Abwärme verringert. Außerdem wird die zeitliche Steuerung der Funken für das MBT aufrechterhalten, während außerdem die Drosselklappenposition aufrechterhalten wird. Dies verringert die Abwärme, die sich aus der Verwendung einer Zündspätverstellung ergeben hätte. Folglich wird in dem dargestellten Beispiel der erste Kraftstoff eingespritzt, um der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung zu entsprechen, während der zweite Kraftstoff eingespritzt wird, um das Abgas zu kühlen. Unter Verwendung der Einspritzung des zweiten Kraftstoffs, um die Kühlung bereitzustellen, kann die Abgastemperatur in die Schwellentemperatur gebracht werden, ohne zusätzliche Einstellungen der Einlassdrosselklappe zu erfordern.
  • Das Beispiel III stellt ein drittes Kraftstoffeinspritzprofil dar, das außerdem während der Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast in Ansprechen auf die Abgastemperaturen, die über einer Schwellentemperatur liegen, verwendet werden kann. Hier wird die erste Einspritzmenge des ersten Kraftstoffs (der massive Balken) proportional zu der Einlassluftmenge des Zylinders (der schraffierte Balken) aufrechterhalten, so dass ein im Wesentlichen stöchiometrisches Zylinderverbrennungsgemisch durch die Luft und den ersten Kraftstoff erzeugt wird. Dann wird die Anreicherung des Zylinders durch die Einspritzung der zweiten Menge des zweiten Kraftstoffs (der kreuzweise schraffierten Balken) bereitgestellt. Insbesondere wird eine größere Menge des zweiten Kraftstoffs (im Vergleich zu der in dem Beispiel II hinzugefügten Menge des zweiten Kraftstoffs) in Ansprechen auf einen im Vergleich zu dem Unterschied im Beispiel II größeren Unterschied zwischen der erhöhten Abgastemperatur und der Schwellentemperatur hinzugefügt. Folglich besitzt das in dem Beispiel III in dem Zylinder erzeugte Verbrennungsgemisch einen höheren Grad der Fettheit als das in dem Beispiel II in dem Zylinder erzeugte Verbrennungsgemisch. Durch die Verwendung der Einspritzung des zweiten Kraftstoffs, um die Kühlung bereitzustellen, kann die Abgastemperatur in die Schwellentemperatur gebracht werden, ohne zusätzliche Einstellungen der Einlassdrosselklappe zu erfordern.
  • Das Beispiel IV stellt ein viertes Kraftstoffeinspritzprofil dar, das außerdem während der Bedingungen einer hohen Kraftstofflast in Ansprechen auf die Abgastemperaturen, die über einer Schwellentemperatur liegen, verwendet werden kann. In dem vorliegenden Beispiel können selbst bei der Hinzufügung des zweiten Kraftstoffs die Abgastemperaturen erhöht bleiben. Außerdem kann eine weitere Hinzufügung des zweiten Kraftstoffs aufgrund der Grenzen der Verbrennungsstabilität nicht möglich sein. Spezifisch kann die hinzugefügte Menge des zweiten Kraftstoffs eine Schwellenmenge sein, die verursacht, dass das Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders auf einem oberen Schwellenwert der Fettheit liegt. Eine weitere Anreicherung kann Probleme der Verbrennungsstabilität verursachen. Um die Probleme der erhöhten Abgastemperatur, die sogar nach der Hinzufügung der Schwellenmenge des zweiten Kraftstoffs und sogar nach dem Erreichen des fetten Verbrennungsluft-Kraftstoff-Schwellenverhältnisses vorhanden sind, zu behandeln, können Drosselklappeneinstellungen verwendet werden, um das Abgas zu kühlen. Insbesondere kann die Öffnung der Einlassdrosselklappe verringert werden, um das Abgas zu kühlen.
  • In 4 stellt nun die eine Beispieleinstellung der Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftmaschinensystem mit Mehrstoffbetrieb in Ansprechen auf erhöhte Abgastemperaturen dar. Die Einstellungen enthalten eine vorübergehende Anreicherung des Zylinders durch das selektive Vergrößern der Einspritzung eines flüssigen Kraftstoffs, während die Einspritzung eines gasförmigen Kraftstoffs aufrechterhalten wird, um die Abgastemperaturen zu begrenzen. Die Einstellungen ermöglichen die Abgaskühlung des Zylinders ohne einen Verlust der Drehmomentausgabe. Die stellt die Kraftstoffbeaufschlagung eines ersten, gasförmigen Kraftstoffs (hier CNG) für einen Zylinder in der graphischen Darstellung 402, die Kraftstoffbeaufschlagung eines zweiten, flüssigen Kraftstoffs (hier Benzin) für den Zylinder in der graphischen Darstellung 403, die dem Zylinder zugeführte Einlassluftladung in der graphischen Darstellung 404, die Änderungen des Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) des Zylinders in der graphischen Darstellung 406, die Änderungen der Abgastemperatur in der graphischen Darstellung 408 und die Änderungen der zeitlichen Steuerung der Funkenzündung in der graphischen Darstellung 410 dar.
  • Vor t1 kann die Kraftmaschine nur mit einem ersten, gasförmigen Kraftstoff, hier CNG (die graphische Darstellung 402), arbeiten, der in den Zylinder eingespritzt wird, um den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen zu entsprechen. Die eingespritzte Menge des CNG kann eingestellt sein, damit sie zu der Menge der in dem Zylinder empfangenen Einlassluftladung (die graphische Darstellung 404) proportional ist, um den Zylinder mit einem Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis (die graphische Darstellung 406) zu betreiben, das sich im Wesentlichen oder etwa bei der Stöchiometrie befindet (die gestrichelte Linie 405). Der Kraftmaschinen-Controller kann z. B. die Kanaleinspritzung einer ersten Menge eines ersten, gasförmigen Kraftstoffs (wie z. B. CNG) in den Kraftmaschinenzylinder basierend auf der in dem Zylinder empfangenen Menge der Einlassluft ausführen, um ein stöchiometrisches Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis bereitzustellen. Außerdem kann die zeitliche Steuerung der Funken eingestellt werden, damit sie eine zeitliche Steuerung für ein Spitzendrehmoment oder für das MBT ist (die graphische Darstellung 410).
  • Zwischen t0 und t1 kann die Kraftmaschinenlast zunehmen, wobei, während CNG verwendet wird, um der Kraftmaschinenlast zu entsprechen, eine Abgastemperatur allmählich zunehmen kann (die graphische Darstellung 408), bis bei t1 die Abgastemperatur über einer Schwellentemperatur 407 liegt. In Ansprechen auf die erhöhten Abgastemperaturen kann ein Kraftmaschinen-Controller die Einspritzung eines zweiten, flüssigen Kraftstoffs, hier Benzin, vergrößern, um die Abgastemperaturen zu begrenzen (die graphische Darstellung 403), während die Einspritzung der ersten Menge des ersten Kraftstoffs (hier CNG) aufrechterhalten wird und während die zeitliche Steuerung der Funken auf der zeitlichen Steuerung für ein Spitzendrehmoment aufrechterhalten wird. Der Controller kann z. B. eine zweite Menge des Benzins zwischen t1 und t2 direkt in den Zylinder einspritzen, um ein Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis bereitzustellen, das fetter als die Stöchiometrie ist. Hier basiert die in den Zylinder eingespritzte zweite Menge des Benzins auf der erhöhten Abgastemperatur, wobei die zweite Menge wie ein Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Schwellentemperatur 407 vergrößert wird. Es wird erkannt, dass die Menge des ersten CNG-Kraftstoffs nicht in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur eingestellt wird, sondern auf einer Menge aufrechterhalten wird, die eine stöchiometrische Beziehung mit der Luftladung in dem Zylinder bereitstellt. Ferner wird nur die Menge des zweiten Benzinkraftstoffs in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur eingestellt, wobei die zusätzlich zu der ersten Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzte Menge des Kraftstoffs dazu dient, eine (netto) fettere als die stöchiometrische Beziehung (des Gesamtkraftstoffs) mit der Luftladung in dem Zylinder bereitzustellen. Mit anderen Worten, die zusätzliche Anreicherung wird nur über den zweiten Kraftstoff bereitgestellt. Durch die Vergrößerung der Einspritzung des Benzins, während die Einspritzung des CNG aufrechterhalten wird, wird der gasförmige Kraftstoff verwendet, um der Kraftmaschinen-Leistungsanforderung zu entsprechen, während der flüssige Kraftstoff verwendet wird, um das Abgas zu kühlen. Diese Herangehensweise erlaubt, dass die Abgastemperaturen begrenzt werden, ohne Drehmomentverluste zu erleiden und ohne eine Zündspätverstellung zu erfordern. In einem Beispiel kann eine Kombination aus 100 % CNG mit 0–15 % Benzin verwendet werden, während die zeitliche Steuerung der Funken für das MBT aufrechterhalten wird.
  • Zwischen t1 und t2 wird die Zylinderanreicherung über die zusätzliche Einspritzung des flüssigen Benzinkraftstoffs verwendet, um das Abgas zu kühlen, so dass bei t2 die Abgastemperatur unter der Schwellentemperatur 407 liegt. Dementsprechend kann bei t2 die fette Einspritzung des Benzins gestoppt werden, wobei die stöchiometrische Einspritzung des CNG fortgesetzt werden kann. Es wird erkannt, dass, während das dargestellte Beispiel ein konstantes Anreicherungsprofil zwischen t1 und t2 zeigt, in alternativen Ausführungsformen das zwischen t1 und t2 verwendete Anreicherungsprofil basierend auf der Änderung der Abgastemperatur variiert werden kann. Das Anreicherungsprofil kann z. B. mit einer Menge des zweiten Kraftstoffs begonnen werden, die basierend auf dem anfänglichen Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Schwellentemperatur eingestellt wird. Dann kann, wie sich das Abgas abkühlt, die eingespritzte Menge des Benzins allmählich verringert werden, wie der Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Schwellentemperatur allmählich abnimmt. Dies kann zu einem Anreicherungsprofil führen, das zwischen t1 und t2 nach unten konisch zuläuft.
  • In einigen (nicht gezeigten) Ausführungsformen können sogar bei der Anreicherung die Abgastemperaturen nicht ausreichend begrenzt werden. Während ein Controller weiterhin die Einspritzung des zweiten Kraftstoffs und folglich die Zylinderanreicherung vergrößern kann, um die Abgaserwärmung zu begrenzen, kann, nachdem ein Verbrennungsluft-Kraftstoff-Schwellenverhältnis, das fetter als die Stöchiometrie ist, erreicht ist, die Verbrennungsstabilität beeinflusst werden, wobei keine weitere Anreicherung möglich sein kann. In diesen Ausführungsformen kann, nachdem das Verbrennungsluft-Kraftstoff-Schwellenverhältnis, das fetter als die Stöchiometrie ist, erreicht ist, der Controller die Einspritzung der (stöchiometrischen) ersten Menge des ersten Kraftstoffs und der zweiten Menge des zweiten Kraftstoffs (die fetter als die Stöchiometrie ist) aufrechterhalten und die fortgesetzt erhöhten Abgastemperaturen unter Verwendung von Drosselklappeneinstellungen behandeln. Der Controller kann z. B. die Öffnung der Einlassdrosselklappe verringern, um die Luftladung des Zylinders zu verringern. Während dies die Abgaserwärmung verringert, führt es zu einem vorübergehenden Drehmomentverlust. Folglich kann dies eine Herangehensweise sein, die nur nach der Ausschöpfung der Anreicherungsoptionen verwendet wird.
  • In einem Beispiel kann ein Kraftmaschinensystem einen Kraftmaschinenzylinder mit einer ersten Kanaleinspritzdüse, die konfiguriert ist, um die Kanaleinspritzung eines ersten, gasförmigen Kraftstoffs in den Zylinder auszuführen, einer zweiten Direkteinspritzdüse, die konfiguriert ist, um einen zweiten, flüssigen Kraftstoff direkt in den Zylinder einzuspritzen, und einer Zündkerze zum Zünden eines Kraftstoffgemischs in dem Zylinder enthalten. Ein Controller mit computerlesbaren Anweisungen kann konfiguriert sein, um den Zylinder durch das Einspritzen eines variablen Verhältnisses des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs bei der Stöchiometrie zu betreiben. In Ansprechen auf die erhöhten Abgastemperaturen kann der Controller den Zylinder durch die selektive Vergrößerung der Einspritzung des zweiten Kraftstoffs anreichern, während die Einspritzung des ersten Kraftstoffs aufrechterhalten wird und während außerdem die zeitliche Steuerung der Funkenzündung für das MBT aufrechterhalten wird, wobei die Anreicherung auf der erhöhten Abgastemperatur basiert. Die Anreicherung kann die Vergrößerung eines Grades der Anreicherung enthalten, wie die Abgastemperatur eine Schwellentemperatur übersteigt, bis ein Schwellengrad der Anreicherung erreicht ist. Ferner kann eine während der Anreicherung eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs auf einer Zündfähigkeitsgrenze des zweiten Kraftstoffs und/oder einer Oktanzahl des zweiten Kraftstoffs und/oder einem Alkoholgehalt des zweiten Kraftstoffs basieren.
  • In 5 werden nun die Drehmomentvorteile, die in unterschiedlichen Drehzahl-Last-Bereichen der Kraftmaschine durch die Verwendung einer Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung erreicht werden, wobei die Kraftstoffbeaufschlagung eines Zylinders sowohl mit Benzin als auch mit CNG ausgeführt wird (was in der Tabelle 500 dargestellt ist), sowohl mit einer herkömmlichen Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit Benzin (die in der Tabelle 510 dargestellt ist) als auch mit einer Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit CNG (die in der Tabelle 520 dargestellt ist) verglichen.
  • Jede Tabelle listet die Einzelheiten über die Drehzahl-Last-Bereiche der Kraftmaschine in der ersten Spalte auf. Die nächsten zwei Spalten stellen eine Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung dar, die eine Kraftstoffaufspaltung zwischen Benzin und CNG enthält, wobei die Herangehensweise die gemeinsame Kraftstoffbeaufschlagung enthält. Die vierte Spalte stellt ein Äquivalenzverhältnis (wie es durch 1/Lambda bestimmt ist) dar. Die fünfte Spalte stellt ein Drehmomentverhältnis dar, was eine Angabe der zeitlichen Steuerung der Funken ist. Die letzte Spalte stellt ein erreichtes Drehmoment bezüglich von nur Benzin dar. Als solches ist dies eine Angabe eines Drehmomentvorteils oder eines Drehmomentnachteils, der durch die Verwendung der entsprechenden Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung erreicht wird.
  • Wie durch das Vergleichen der Tabellen 500 und 510 gesehen werden kann, stützt sich während der Bedingungen einer niedrigen Kraftmaschinendrehzahl (in dem Bereich von 1000–1500 U/min) und einer hohen Last, während eine Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur erhöht ist (z. B. heißer als eine Schwellentemperatur ist) und außerdem während eine Luftladungstemperatur erhöht ist (z. B. heißer als eine Schwellentemperatur ist), die herkömmliche Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit Benzin auf die Verwendung einer Zündspätverstellung, um die Abgaskühlung zu erreichen (siehe das Drehmomentverhältnis von 0,8 in der Tabelle 510, was angibt, dass der Funken in Richtung spät verstellt ist, um 80 % des verfügbaren Drehmoments bereitzustellen). Im Vergleich ermöglicht die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung, dass die gleiche Kühlwirkung ohne die Verwendung der Zündspätverstellung erreicht wird (siehe das Drehmomentverhältnis von 1,0 in der Tabelle 500, was angibt, dass der Funken im Wesentlichen für das MBT erfolgt).
  • Während der Bedingungen einer mittleren Kraftmaschinendrehzahl (in dem Bereich von 1500–3000 U/min) und einer hohen Last ist die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung von der herkömmlichen Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit CNG beim Behandeln der Abgaserwärmung nicht wesentlich verschieden.
  • Während der Bedingungen eines Drehmomentbandes (in dem die Kraftmaschinendrehzahl in dem Bereich von 3000–4500 U/min liegt) und einer hohen Last stellt die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung beträchtliche Drehmomentvorteile bereit, wie durch das Vergleichen der Tabellen 500, 510 und 520 gesehen werden kann. Spezifisch stellt die herkömmliche Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit CNG die Abgaskühlung auf Kosten eines relativ großen Drehmomentnachteils bereit (siehe die Drehmomentausgabe von 75 % bezüglich des Benzins in der Tabelle 520), während die herkömmliche Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit Benzin die gleiche Abgaskühlung auf Kosten der Zündspätverstellung erreicht (siehe das Drehmomentverhältnis von 0,8 in der Tabelle 510). Die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung verwendet eine kleine Menge Benzin, um dem Drehmomentdefizit zu entsprechen, während sie außerdem ermöglicht, dass der Funken für das MBT aufrechterhalten wird. Außerdem stellt die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung eine Drehmomentausgabe von 110 % bezüglich von nur Benzin bereit, was es ermöglicht, dass die Abgaskühlung erreicht werden kann, ohne die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe zu beeinflussen.
  • Während der Bedingungen eines Leistungsbandes (bei dem die Kraftmaschinendrehzahl im Bereich von 4500–6000 U/min liegt) und einer hohen Last stellt die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung abermals beträchtliche Drehmomentvorteile bereit, wie durch das Vergleichen der Tabellen 500, 510 und 520 gesehen werden kann. Spezifisch stellt die herkömmliche Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit CNG die Abgaskühlung auf Kosten des Arbeitens an einer fetten Grenze des CNG (10 % fett, wie durch das Äquivalenzverhältnis von 1,10 in der Tabelle 520 angegeben ist) bereit, während ein Drehmomentnachteil erlitten wird (siehe die Drehmomentausgabe von 90 % bezüglich des Benzins in der Tabelle 520). Die herkömmliche Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit Benzin erreicht die gleiche Abgaskühlung auf Kosten des Arbeitens bei 30 % fett (siehe das Äquivalenzverhältnis von 1,30 in der Tabelle 510) und auf Kosten einer Zündspätverstellung (siehe das Drehmomentverhältnis von 0,8 in der Tabelle 510). Die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung verwendet zusätzlich zu dem CNG eine kleine Menge des Benzins bei einer kleineren Menge der Fettheit, um die volle Leistung wiederherzustellen, während der Funken für das MBT aufrechterhalten wird. Das heißt, es wird bei einem kleinen Benzinverbrauch kein Drehmomentnachteil erlitten.
  • Während der Bedingungen eines Leistungsbandes (bei dem die Kraftmaschinendrehzahl im Bereich von 4500–6000 U/min liegt) und einer hohen Last, und wenn der Katalysator geschützt werden muss, stellt die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung abermals beträchtliche Drehmomentvorteile bereit, wie durch das Vergleichen der Tabellen 500, 510 und 520 gesehen werden kann. Spezifisch stellt die herkömmliche Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit CNG die Abgaskühlung auf Kosten des Arbeitens an einer Magergrenze des CNG (30 % mager, wie durch das Äquivalenzverhältnis von 0,70 in der Tabelle 520 angegeben ist) bereit, während ein Drehmomentnachteil erlitten wird (siehe die Drehmomentausgabe von 70 % bezüglich des Benzins in der Tabelle 520). Die herkömmliche Herangehensweise der Kraftstoffbeaufschlagung nur mit Benzin erreicht die gleiche Abgaskühlung auf Kosten des Arbeitens bei 30 % fett (siehe das Äquivalenzverhältnis von 1,30 in der Tabelle 510) und auf Kosten einer Zündspätverstellung (siehe das Drehmomentverhältnis von 0,8 in der Tabelle 510). Die Herangehensweise der gemeinsamen Kraftstoffbeaufschlagung verwendet zusätzlich zu dem CNG eine kleine Menge des Benzins bei einer kleineren Menge der Fettheit, um die volle Leistung wiederherzustellen, während der Funken für das MBT aufrechterhalten wird. Das heißt, es wird bei einem kleinen Benzinverbrauch kein Drehmomentnachteil erlitten.
  • Auf diese Weise können die Merkmale sowohl eines gasförmigen Kraftstoffs als auch eines flüssigen Kraftstoffs in einem Kraftmaschinensystem mit Mehrstoffbetrieb wirksam eingesetzt werden. Durch das Bereitstellen eines stöchiometrischen Zylinders, der unter Verwendung eines gasförmigen Kraftstoffs, wie z. B. CNG, arbeitet, während der Zylinder unter Verwendung eines flüssigen Kraftstoffs, wie z. B. Benzin, angereichert wird, kann eine Abgasüberhitzung behandelt werden, ohne Drehmomentverluste zu erleiden und ohne eine Zündspätverstellung zu erfordern. Unter Verwendung einer Kombination aus dem gasförmigen Kraftstoff und dem flüssigen Kraftstoff können die Zündfähigkeitsgrenzen der Kraftstoffe verbreitert werden, während außerdem die Klopfgrenzen verbessert werden. Indem die breiteren Zündfähigkeitsgrenzen ausgenutzt werden, können während der Anreicherung die Grenzen der Verbrennungsstabilität vergrößert werden.
  • Es wird angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Systemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solches können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Funktionen oder Operationen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Operationen, Funktionen und/oder Handlungen Code graphisch darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Steuersystem zu programmieren ist.
  • Noch ferner sollte es selbstverständlich sein, dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen oder Beispiele nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen in Betracht gezogen werden. Dementsprechend enthält die vorliegende Offenbarung sowohl alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen der verschiedenen Systeme und Verfahren, die hier offenbart sind, als auch irgendwelche und alle von deren Äquivalenten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7703435 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: unter Bedingungen hoher Last, während des Betriebs mit einem ersten gasförmigen Kraftstoff, in Ansprechen auf eine erhöhte Abgastemperatur, Anreichern der Kraftmaschine über die Einspritzung eines zweiten, flüssigen Kraftstoffs, während die zeitliche Steuerung der Funken aufrechterhalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste gasförmige Kraftstoff CNG ist und wobei der zweite flüssige Kraftstoff Benzin oder ein Benzin-Alkohol-Kraftstoffgemisch ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Betrieb mit dem ersten gasförmigen Kraftstoff das Einstellen einer in einen Zylinder eingespritzten Menge des ersten Kraftstoffs basierend auf der Einlassluft in den Zylinder enthält, um die Kraftmaschine mit einem im Wesentlichen stöchiometrischen Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Anreichern der Kraftmaschine das Aufrechterhalten des Betriebs mit dem ersten gasförmigen Kraftstoff enthält, während eine Menge des zweiten flüssigen Kraftstoffs, die in den Zylinder eingespritzt wird, um mit einem fetten Verbrennungsluft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis zu arbeiten, vergrößert wird, wobei die Menge des zweiten Kraftstoffs basierend auf der erhöhten Abgastemperatur eingestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs ferner auf einem Alkoholgehalt des zweiten Kraftstoffs basiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs ferner auf der Zündfähigkeitsgrenze des zweiten Kraftstoffs basiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Verbrennen eines Gemischs aus dem zweiten Kraftstoff und dem ersten Kraftstoff in dem Zylinder über Funkenzündung umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Aufrechterhalten des Betriebs mit dem ersten Kraftstoff, während eine in den Zylinder eingespritzte Menge des zweiten Kraftstoffs vergrößert wird, die Kanaleinspritzung des ersten Kraftstoffs enthält, während der zweite Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Menge des ersten Kraftstoffs nicht in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur eingestellt wird und wobei nur die Menge des zweiten Kraftstoffs in Ansprechen auf die erhöhte Abgastemperatur eingestellt wird, wobei das Einstellen das Einstellen der Menge des zweiten Kraftstoffs basierend auf einem Unterschied zwischen der erhöhten Abgastemperatur und einer Schwellentemperatur enthält.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einstellen der Menge des zweiten Kraftstoffs basierend auf der erhöhten Abgastemperatur das Vergrößern der in den Zylinder eingespritzten Menge des zweiten Kraftstoffs enthält, wenn ein Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Schwellentemperatur zunimmt, während die in den Zylinder eingespritzte Menge des ersten Kraftstoffs aufrechterhalten wird.
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