DE102015113748B4 - Steuersystem für einen verbrenungsmotor und verfahren - Google Patents

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Abstract

Steuersystem für einen Verbrennungsmotor (102), umfassend:zumindest einen Zylinder (110a, 110b), der eine Brennkammer aufweist, die derart konfiguriert ist, ein darin gespeichertes Luft/KraftstoffGemisch zu verbrennen, wobei das Luft/Kraftstoff-Gemisch zur Verbrennung in Ansprechen auf ein Erreichen einer Selbstentzündungstemperatur konfiguriert ist;zumindest ein elektronisches Steuermodul (200), das derart konfiguriert ist, eine Kammertemperatur (252) der Brennkammer zu bestimmen und dynamisch eine Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches basierend auf einem Vergleich zwischen der Kammertemperatur (252) und einer Selbstentzündungstemperaturschwelle (256) zu steuern, wobei die Kammertemperatur anhand der Gleichung berechnet wird:TCYL=TINTAKE(PCYLPINTAKE_JVC)∗(VCYLVCYL_IVC)   ,wobei TCYLdie Kammertemperatur ist, TINTAKEeine Ansaugkrümmertemperatur ist; PCYL ein Brennkammerdruck während eines Verdichtungstakts und/oder eines Arbeitstakts ist; PINTAKE_IVCein Ansaugkrümmerdruck bei geschlossenem Ansaugventil ist; VCYLein dynamisches Zylindervolumen in Bezug auf eine Kolbenposition ist; und VCYL_IVCein dynamisches Zylindervolumen in Bezug auf eine Kolbenposition bei geschlossenem Ansaugventil ist; undzumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (108a, 108b), die derart konfiguriert ist, eine Kraftstoffmenge in die Brennkammer zu einer Einspritzzeitdauer zu liefern, wobei das zumindest eine elektronische Steuermodul (200) die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches durch Einstellen zumindest einem von der Menge an Kraftstoff und der Einspritzzeitdauer derart steuert, dass die Kammertemperatur (252) bei oder über der Selbstentzündungstemperaturschwelle (256) gehalten wird, um ein effizientes Abbrennen des Kohlenwasserstoffkraftstoffs in der Brennkammer des Zylinders (110a, 110b) zu erreichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors.
  • Abgas, das aus der Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors erzeugt wird, stellt ein heterogenes Gemisch dar, das gasförmige Emissionen enthält. Die gasförmigen Emissionen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Kohlenmonoxid („CO“), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide („NOx“) wie auch Partikelmaterial, das Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) aufweist. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder kann eine Menge von Partikelmaterial abbrennen, bevor das Abgas das Fahrzeug verlässt. In dem Fall von Kompressionszündungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, findet auf Grundlage des Drucks und der Temperatur in der Brennkammer des Zylinders eine Selbstentzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches statt. Die Temperatur in dem Zylinder kann jedoch den Betrag an Partikelmaterial, der abgebrannt wird, beeinträchtigen. Beispielsweise kann eine übermäßige Verzögerung des Zündfunkens relativ zu der Kolbenposition in einem ineffizienten Abbrennen des Partikelmaterials resultieren, wodurch die von dem Motor ausgegebenen Emissionen erhöht werden.
  • Konventionelle Verfahren zur Steuerung der Luft/Kraftstoff-Verbrennung, um einen Motor anzutreiben, basieren ausschließlich auf dem Druck in einem jeweiligen Zylinder. Genauer tasten herkömmliche Verbrennungssteuersysteme den Zylinderdruck in Bezug auf spezifische Positionen des Kolbens ab, die die Eigenschaften des thermodynamischen Zyklus angeben. Jedoch sind die zahlreichen Druck- und Kolbenpositionsmessungen zeitaufwendig. Ferner können die Druckmessungen die Drücke in zwei oder mehr Zylindern über eine Vielzahl arbeitender Zylinder nicht genau unterscheiden.
  • Die DE 10 2011 081 028 A1 offenbart eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine Zylindertemperatur ermittelt und anhand dieser Zylindertemperatur bestimmt, ob eine spontane Selbstzündung und Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches auftritt. Falls die Zylindertemperatur größer als ein vorbestimmter Bestimmungswert ist, wird eine spontane Selbstzündung und Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch geeignete Maßnahmen begrenzt. Die Bestimmung der Zylindertemperatur erfolgt dabei entweder durch Ermittlung eines zwischen zwei Zündkerzenelektroden fließenden lonenstroms oder anhand eines über einen Sensor erfassten Zylinderdrucks.
  • Weiterer Stand der Technik ist in der AT 500 692 A1 , der DE 10 2006 044 523 A1 und der DE 10 2008 034 555 A1 beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors zu schaffen, mit denen es möglich ist, die Effizienz des Verbrennens von Kohlenwasserstoffen in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors zu steigern.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    • 1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Fahrzeugsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 2 ist ein Liniendiagramm, das die Beziehung des Logarithmus der Zylindertemperatur log(TCYL) in Abhängigkeit des Logarithmus des Zylindervolumens log(VCYL) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein elektronisches Brennkammertemperaturmodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
    • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennung in eine Brennkammer eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung zeigt.
  • Der hier verwendete Begriff Modul betrifft eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten aufweist, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Fahrzeugsystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Das Fahrzeugsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der derart konfiguriert ist, ein Drehmoment zu erzeugen. Nur für die Zwecke der Beschreibung ist der Motor 102 als ein Verbrennungsmotor vom Dieseltyp beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass das Fahrzeugsystem 100 mit anderen Typen von Verbrennungsmotoren verwendet werden kann, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung (z.B. Benzintyp). Ein oder mehrere Systeme und/oder Aktoren des Motors 102 können von einem elektronischen Motorsteuermodul (ECM) 200 gesteuert werden, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
  • Luft wird in den Motor 102 durch einen Ansaugkrümmer 104 gezogen. In einem Fall, wenn der Motor 102 ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor ist, reguliert beispielsweise ein Drosselventil 106 eine Luftmasse, die durch den Ansaugkrümmer 104 gezogen wird. In einem Fall, wenn der Motor 102 beispielsweise ein Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung ist, wie ein Dieselmotor, kann die Drossel 106 verwendet werden, um einen Ansaugkrümmerunterdruck zu erzeugen, wodurch Abgas in die Motoren rückgeführt wird. Diese Technik betrifft typischerweise eine Abgasrückführung (AGR) und kann Verbrennungstemperaturen senken und eine NOx-Produktion reduzieren, wie dem Fachmann bekannt ist.
  • Der Motor 102 weist eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 108a, 108b, etc. sowie einen oder mehrere Zylinder 110a, 110b etc. auf. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 108a, 108b liefern Kraftstoff in die Zylinder 110a/110b, wo er mit Luft und/oder rückgeführtem Abgas gemischt wird, um eine brennbare Ladung (z.B. ein Luft- und Kraftstoffgemisch) zu bilden. Gemäß einer Ausführungsform ist das ECM 200 so konfiguriert, ein Öffnen und Schließen des Drosselventils 106 zu steuern. Es sei jedoch angemerkt, dass einzelne Aktormodule (z.B. ein Drosselaktormodul und ein Kraftstoffaktormodul) vorgesehen sein können, um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 108a/108b bzw. das Drosselventil 106 zu steuern.
  • Jeder Zylinder 110a/110b weist einen Kolben 111a/111b auf, der bewegbar darin angeordnet ist. Die Kolben 111a/111b sind mit einer Kurbelwelle 112 gekoppelt. Eine Drehung der Kurbelwelle 112 treibt jeden Kolben 111a, 111b in einem jeweiligen Zylinder 110a/110b an. Obwohl der Motor 102 mit nur den Zylindern 110a und 110b gezeigt ist, sei angemerkt, dass der Motor 102 eine beliebige Anzahl von Zylindern 110a, 110b, etc. aufweisen kann. Der Verbrennungszyklus des Luft/Kraftstoff-Gemisches kann vier Takte aufweisen: einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Verbrennungs- (oder Ausdehnungs- bzw. Arbeits-) Takt und einen Abgastakt.
  • Während des Ansaugtakts werden ein oder mehrere Kolben 111a/111b beispielsweise zu einer untersten Position abgesenkt, und Luft wird von dem Ansaugkrümmer 104 in den Zylinder 110a/110b transportiert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Luft aus einem Gemisch aus Frischluft und einigem rückgeführtem Abgas bestehen. In dem Fall eines Dieselmotors mit Kompressionszündung wird während des Ansaugtakts beispielsweise kein Kraftstoff eingeführt. In dem Fall eines fremdgezündeten Benzinmotors kann der Kraftstoff bereits stromaufwärts des Ansaugkrümmers eingeführt worden sein, kann in den Krümmer geringfügig vor einem Ansaugtakt eingespritzt worden sein oder kann direkt in den Zylinder oder seinen Ansaugventildurchgang während dieses Ansaugtakts eingespritzt sein. In jedem Fall werden diskrete Massen an „Lade“-Fluid in einem gasförmigen Zustand in die Zylinder 110a/110b eingeführt. Die unterste Position kann als eine Position des unteren Totpunkts (UT) bezeichnet werden. Es kann beispielsweise auch ein Zweitaktmotorsystem ausgeführt sein und umfasst nur einen Verdichtungstakt und einen Arbeitstakt. Bei diesem Szenario findet das Abgasereignis in dem Arbeitstakt spät statt, wobei es vor dem UT beginnt, und das Ansaugereignis findet in dem Verdichtungstakt früh statt, wobei es nach dem UT endet.
  • Während des Verdichtungstakts treibt die Kurbelwelle 112 beispielsweise einen oder mehrere Kolben 111a/111b zu einer obersten Position, wodurch das Ladegemisch (z.B. Luft/Kraftstoff-Gemisch) in dem Zylinder 110a/110b komprimiert wird. Die oberste Position kann als eine Position des oberen Totpunktes (OT) bezeichnet werden. Druck aus der Verbrennung des Ladegemisches treibt einen oder mehrere Kolben 111a/111b zu der UT-Position, wodurch die Kurbelwelle 112 drehbar angetrieben wird. Diese Rotationskraft (d.h. Drehmoment) kann die Kompressionskraft darstellen, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch während des Verdichtungstakts eines nächsten Zylinders in einer vorbestimmten Zündfolge der Zylinder 110a/110b komprimiert. Aus der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches resultierendes Abgas wird von dem Zylinder 110a/110b während des Abgastakts ausgestoßen.
  • Ein Kurbelwellensensor 114 gibt ein Positionssignal aus, das eine Drehzahl und eine Drehposition der Kurbelwelle 112 angibt. Nur beispielhaft kann der Kurbelwellensensor 114 einen Sensor mit variabler Reluktanz (VR) oder irgendeinen anderen geeigneten Typ von Kurbelwellensensor 114 aufweisen. Ein Zahnrad 116, das eine „N“ Anzahl von Zähnen aufweist, ist mit einem Ende der Kurbelwelle 112 gekoppelt und zur Rotation damit konfiguriert. Der Kurbelwellensensor 114 erzeugt ein gepulstes Signal in Ansprechen auf eine Detektion eines oder mehrerer der Zähne während der Rotation des Zahnrads 116. Die Zeitdauer zwischen jedem Puls (d.h. zwischen jedem detektierten Zahn) kann die Gesamtdrehzahl der Kurbelwelle 112 bestimmen.
  • Jeder Puls des Signals kann einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 112 um eine Größe gleich 360° geteilt durch N Zähne entsprechen. Nur beispielhaft kann das Zahnrad 116 60 gleich beabstandete Zähne (d.h. n = 60) aufweisen und jeder Puls kann einer Drehung von 6° der Kurbelwelle 112 entsprechen. Bei verschiedenen Implementierungen können ein oder mehrere der N gleich beabstandeten Zähne weggelassen werden. Nur beispielhaft können zwei der N Zähne weggelassen werden. Der eine oder die mehreren Zähne können beispielsweise als ein Indikator einer Umdrehung der Kurbelwelle 112 weggelassen werden. Der Kurbelwellensensor 114 kann das Positionssignal auf Grundlage einer Zeitdauer zwischen den Pulsen, d.h. zwischen jedem erfassten Zahn, erzeugen. Nur beispielhaft kann der Kurbelwellensensor 114 das Positionssignal auf Grundlage einer Dauer erzeugen, die die Kurbelwelle 114 zur Rotation um einen vorbestimmten Winkel (z.B. 90°) während des Arbeitstakts des Zylinders 110a, 110b, etc. benötigt. Auf Grundlage des Positionssignals kann die Position eines oder mehrerer Kolben 111a/111b bestimmt werden.
  • Der Motor 102 kann den Drehmomentausgang zu einem Getriebe 118 über die Kurbelwelle 112 übertragen, und das Getriebe 118 überträgt das Drehmoment an ein oder mehrere Räder 121 über eine Getriebeausgangswelle 120, wie dem Fachmann zu verstehen sei. In dem Fall, wenn das Getriebe 118 ein Automatikgetriebe ist, kann das Fahrzeugsystem 100 eine Drehmomentübertragungsvorrichtung aufweisen, wie einen Drehmomentwandler, der das Ausgangsdrehmoment an das Getriebe 118 überträgt.
  • Das ECM 200 steuert ferner den Verbrennungszeitablauf des Motors 102. Beispielsweise kann das ECM 200 ein oder mehrere elektronische Steuersignale ausgeben, die einen oder mehrere Motoraktoren steuern, um eine Kraftstoffeinspritzzeitdauer (d.h. die Zeitsteuerung von Kraftstoffeinspritzimpulsen, die an einen jeweiligen Zylinder 110a/110b geliefert werden, um eine Verbrennung eines Lade-/Luft-Kraftstoff-Gemisches auszulösen) einzustellen. In dem Fall fremdgezündeter Motoren kann das ECM 200 auch den Zündzeitpunkt einstellen, um die Flammenfront genauer zu steuern, bevor eine Selbstentzündung auftritt, und/oder die Geschwindigkeit zu steuern, mit der das Drosselventil 106 geschlossen wird, um eine Lademasse und einen Ladedruck zu steuern. Die Aktoren, die von dem ECM 200 gesteuert werden, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, das Drosselventil 106 und/oder die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 108a, 108b, etc. Das Steuersignal kann beispielsweise die Öffnungsfläche des Drosselventils 106, die Menge an Kraftstoff, die von den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 108a/108b eingespritzt wird, die Kraftstofflieferrate der Zylinder 110a/110b und/oder die Zeitdauer steuern, mit der ein oder mehrere Impulse von Kraftstoff während eines gegebenen Zyklus für einen gegebenen Zylinder 110a/110b eingespritzt werden.
  • Während es bei der beispielhaften Ausführungsform von 1 nicht gezeigt ist, kann das ECM 200 auch andere Motoraktoren steuern. Nur beispielhaft kann das ECM 200 ein Aufladeaktormodul, das eine Aufladung steuert, die durch eine Ladevorrichtung bereitgestellt wird, ein Phasenstelleraktormodul, das die Einlass- und Auslassnockenphasenstellerpositionen steuert, und/oder andere geeignete Motoraktoren steuern, wie es dem Fachmann bekannt ist.
  • Das Fahrzeugsystem 100 weist ferner ein elektronisches Verbrennungsmodul 202 in elektrischer Kommunikation mit dem Kurbelwellensensor 114 und dem ECM 200 auf. Das elektronische Verbrennungsmodul 202 ist derart konfiguriert, die Temperatur in einer Brennkammer (d.h. die Kammertemperatur) eines oder mehrerer Zylinder 110a/110b während des Verdichtungstakts und/oder des Arbeitstakts zu bestimmen. Dies bedeutet, das elektronische Verbrennungsmodul 202 identifiziert beispielsweise einen oder mehrere Zylinder 110a/110b mit einem geschlossenen Ansaugventil und einem geschlossenen Abgasventil und bestimmt die durchschnittlichen Temperaturwerte für dynamisches Volumen in der Brennkammer des identifizierten Zylinders 110a/110b an einer Mehrzahl von Winkelpositionen der Kurbelwelle 112. Basierend auf der Kammertemperatur kann das elektronische Verbrennungssteuermodul die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in einem oder mehreren Zylindern 110a/110b dynamisch steuern und einstellen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform basiert die Kammertemperatur auf dem Druck in der Brennkammer des identifizierten Zylinders 110a/110b, der Masse von Luft und Kraftstoff, die in dem Zylinder 110a/110b enthalten sind, und der Temperatur der Ladung, die von dem Ansaugkrümmer 104 in den Zylinder 110a/110b geführt wird. Ein Kammerdrucksensor 113a/113b kann in der Brennkammer eines Zylinders 110a/110b angeordnet sein, um den Druck während des Verdichtungstakts und/oder des Arbeitstakts zu messen. Verschiedene andere Sensoren können Messungen für das elektronische Verbrennungsmodul 202 bereitstellen. Beispielsweise kann der Ansaugkrümmer 104 einen Ansaugkrümmerdrucksensor 115 und einen Ansaugkrümmertemperatursensor 117 aufweisen, die Temperatur- bzw. Druckmessungen des Ansaugkrümmers 104 bereitstellen. Das elektronische Verbrennungsmodul 202 kann dann die Kammertemperatur beispielsweise auf Grundlage der folgenden Gleichung berechnen: T CYL = T INTAKE ( P C Y L P I N T A K E _ J V C ) ∗ ( V C Y L V C Y L _ I V C ) ,
    Figure DE102015113748B4_0002
    wobei
    • TCYL die Kammertemperatur ist,
    • TINTAKE die Temperatur in dem Ansaugkrümmer ist;
    • PCYL der Druck in der Brennkammer eines oder mehrerer identifizierter Zylinder während des Verdichtungstakts und/oder des Arbeitstakts ist;
    • PINTAKE_IVC der Druck des Ansaugkrümmers zu der Ansaugventilschließzeit ist;
    • VCYL das dynamische Volumen des identifizierten Zylinders in Bezug auf eine Position des Kolbens ist, die von einer Position der Kurbelwelle angegeben ist; und
    • VCYL_IVC das dynamische Volumen des identifizierten Zylinders in Bezug auf eine Position des Kolbens zu der Ansaugventilschließzeit ist.
  • Bezug nehmend auf 2 zeigt ein Liniendiagramm die Beziehung zwischen dem Logarithmus der Zylindertemperatur, d.h. log(TCYL) in Abhängigkeit des Logarithmus des Zylindervolumens, d.h. log(VCYL) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Verhalten von TCYL 252 in Ansprechen auf eine Reihe von Kraftstoffeinspritzpulsen 254 ist in Bezug auf eine Selbstentzündungstemperaturschwelle 256 gezeigt. Ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzpulse 254 können gesteuert werden, um TCYL 252 bei oder über der Selbstentzündungstemperaturschwelle 256 zu halten und damit sicherzustellen, dass ein effizientes Abbrennen des Kohlenwasserstoffkraftstoffs in der Brennkammer des identifizierten Zylinders erreicht wird. Wenn beispielsweise bestimmt wird, dass TCYL 252 bei einem Zustand 258 mit niedriger TCYL vorliegt, der zum Zeitpunkt, wenn log(VCYL) etwa 180 Kubikzentimeter erreicht, unter die Selbstentzündungstemperaturschwelle 256 fällt, können ein oder mehrere Verbrennungsparameter erhöht und/oder eine Zeitsteuerung des Kraftstoffeinspritzimpulses nach früh verstellt werden. Die Verbrennungsparameter können umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Kraftstoffeinspritzung, Impulsgröße und Impulszeitsteuerung. Die modifizierte Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung und/oder Kraftstoffeinspritzmenge kann die Kammertemperatur anschließend erhöhen, so dass TCYL 252 zurück oder über die Selbstentzündungstemperaturschwelle 256 gebracht wird. Demgemäß wird die Effizienz des Abbrennens von Kohlenwasserstoff in der Brennkammer erhöht.
  • Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Verbrennungsmoduls 202 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Das elektronische Verbrennungsmodul 202 umfasst ein elektronisches Modul 204 für Taktidentifizierung (ID), ein elektronisches Kammertemperaturmodul 206, ein elektronisches Selbstentzündungstemperaturmodul 208 und ein elektronisches Modul 210 zur Steuerung einer dynamischen Verbrennung. Obwohl es nicht gezeigt ist, sei angemerkt, dass das elektronische Verbrennungsmodul 202 und/oder jedes einzelne Teilmodul eine elektronische Speicherablageeinheit aufweisen kann, die derart konfiguriert ist, verschiedene Parameter, Modelle und/oder Schwellenwerte zu speichern.
  • Das elektronische Takt-ID-Modul 204 bestimmt den Takt eines oder mehrerer Zylinder 110a/110b auf Grundlage eines Positionssignals 212, das von dem Kurbelwellensensor 114 empfangen ist. Wie oben beschrieben ist, entspricht jeder Puls des Positionssignals 212 einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 112. Auf Grundlage des Winkels der Kurbelwelle 112 bestimmt das elektronische Takt-ID-Modul 204 den Takt eines oder mehrerer Zylinder 110a/110b, wie dem Fachmann zu verstehen sei. Demgemäß gibt das elektronische Takt-ID-Modul 204 ein Takt-ID-Signal 214 aus, das festlegt, welche Zylinder 110a/110b während eines Verdichtungstakts und/oder eines Arbeitstakts arbeiten.
  • Das elektronische Kammertemperaturmodul 206 empfängt das Takt-ID-Signal 214, ein Ansaugkrümmerdrucksignal 216, das den Druck (PINTAKE_IVC) in dem Ansaugkrümmer 104 angibt, und ein Ansaugkrümmertemperatursignal 218, das die Temperatur (TINTAKE) in dem Ansaugkrümmer 104 angibt. Auf Grundlage des Takt-ID-Signals 214 bestimmt das elektronische Kammertemperaturmodul 206, welche Zylinder 110a/110b während eines Verdichtungstakts und/oder eines Arbeitstakts arbeiten, in Bezug auf die Position des Kolbens 111a/111b und erhält ein Kammerdrucksignal 220 von einem jeweiligen Kammerdrucksensor 113a/113b der identifizierten Zylinder 110a/110b. Das Kammerdrucksignal 220 gibt den Kammerdruck (PCYL) eines oder mehrerer identifizierter Zylinder 110a/110b an. Das elektronische Kammertemperaturmodul 206 kann ferner den Druck eines oder mehrerer identifizierter Zylinder 110a/110b bei Schließen des Ansaugventils (PINTAKE_IVC) auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucksignals 218 bestimmen, das Signal für dynamisches Volumen (VCYL) eines oder mehrerer identifizierter Zylinder 110a/110b von dem Speicher erhalten und das dynamische Volumen bei Schließen des Ansaugventils (VCYL_IVC) eines jeweiligen identifizierten Zylinders 110a/110b auf Grundlage des Positionssignals 212 bestimmen. Auf diese Weise kann das elektronische Kammertemperaturmodul 206 die Kammertemperatur TCYL auf Grundlage der TCYL-Gleichung (1) berechnen und ein Kammertemperatursignal 222 ausgeben, das TCYL angibt.
  • Das elektronische Selbstentzündungstemperaturmodul 208 empfängt das Kammertemperatursignal 222, die die Kammertemperatur (TCYL) eines oder mehrerer identifizierter Zylinder 110a/110b angibt, und vergleicht TCYL mit einer Selbstentzündungstemperaturschwelle. Die Selbstentzündungstemperaturschwelle wird gemäß einer Selbstentzündungstemperatur festgesetzt, die ein Abbrennen von Kohlenwasserstoffen in der Brennkammer eines jeweiligen Zylinders 110a/110b in Ansprechen auf eine Selbstentzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches maximiert. Beispielsweise kann die Selbstentzündungstemperaturschwelle auf etwa 1023 Grad Kelvin (°K), d.h. etwa 750 Grad Celsius (°C) festgesetzt werden, was ein Abbrennen von etwa 99% der Kohlenwasserstoffe in der Brennkammer erreicht, vorausgesetzt, dass diese Kohlenwasserstoffe an räumlichen Stellen mit ausreichend Sauerstoff und weg von Grenzflächen verweilen, die kälter als die Kammermitteltemperatur sind, die von dem elektronischen Selbstentzündungstemperaturmodul 208 bestimmt ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Speichereinheit eine Mehrzahl von Selbstentzündungstemperaturschwellenwerten speichern, die einem jeweiligen Kohlenwasserstoffkraftstofftyp entsprechen, der zum Antrieb des Motors 102 verwendet wird. Auf Grundlage des Typs von Kraftstoff, der den Motor 102 betreibt, ruft das elektronische Selbstentzündungstemperaturmodul 208 den jeweiligen Selbstentzündungstemperaturschwellenwert von der Speichereinheit ab. Wenn beispielsweise ein schwerer Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, verwendet wird, um den Motor 102 anzutreiben, kann das elektronische Selbstentzündungstemperaturmodul 208 einen entsprechenden Selbstentzündungstemperaturschwellenwert von etwa 1023 Grad Kelvin (°K) (d.h. etwa 750°C) abrufen. Wenn jedoch Ethanol verwendet wird, um den Motor 102 anzutreiben, kann das elektronische Selbstentzündungstemperaturmodul 208 einen entsprechenden Selbstentzündungstemperaturschwellenwert von etwa 638°K (d.h. etwa 365°C) abrufen. Auf diese Weise kann die Kammertemperatur (TCYL) bei etwa der Selbstentzündungstemperaturschwelle beibehalten werden, die dem eingespritzten Kraftstoff entspricht, ohne dass die Selbstentzündungstemperatur wesentlich überschritten wird. Demgemäß kann ein „Klopfen“, das durch übermäßige Temperaturniveaus in der Brennkammer bewirkt wird, reduziert werden.
  • Das elektronische Selbstentzündungstemperaturmodul 208 gibt ein TCYL-Statussignal 224 aus, das den Status der Kammertemperatur (TCYL) eines jeweiligen Zylinders 110a/110b in Bezug auf die Selbstentzündungstemperaturschwelle angibt. Beispielsweise kann das TCYL-Statussignal 224 eine geringe TCYL angeben, wenn die Kammertemperatur unterhalb der Selbstentzündungstemperaturschwelle liegt, eine nominelle TCYL angeben, wenn die Kammertemperatur gleich oder etwa gleich der Selbstentzündungstemperaturschwelle ist, und eine hohe TCYL angeben, wenn die Kammertemperatur die Selbstentzündungstemperaturschwelle überschreitet.
  • Das elektronische Modul 210 zur dynamischen Verbrennungssteuerung empfängt das TCYL-Statussignal 224 und gibt ein Verbrennungssteuersignal 226 zum Steuern der Verbrennung in der Brennkammer des identifizierten Zylinders 110a/110b aus. Beispielsweise kann das Verbrennungssteuersignal 226 das ECM 200 anweisen, einen oder mehrere Aktoren einzustellen, um die Verbrennungszeitdauer oder Verweilzeitdauer innerhalb des identifizierten Zylinders 110a/110b einzustellen. Ein Einstellen der Aktoren kann verschiedene Verbrennungsparameter steuern, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzmenge, Kraftstoffeinspritzdruck, Ladedruck, Luftmassendurchflussmenge und Verwirbelungsventilsteuerung. Demgemäß kann, wenn das TCYL-Statussignal 224 einen Status mit geringer TCYL angibt, das elektronische Modul 210 zur dynamischen Verbrennungssteuerung das Verbrennungssteuersignal 226 ausgeben, das das ECM 200 anweist, den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung nach früh zu verstellen und/oder die Menge an Kraftstoff, die in den identifizierten Zylinder 110a/110b eingespritzt wird, zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Verbrennung in der Brennkammer des identifizierten Zylinders 110a/110b dynamisch eingestellt, und die Kammertemperatur (TCYL) wird zurück zu oder über die Selbstentzündungstemperaturschwelle gebracht. Gemäß einer Ausführungsform kann die Verbrennung dynamisch eingestellt werden, so dass die Kammertemperatur nicht kleiner als die Selbstentzündungstemperaturschwelle ist, während der Kolben 111a/111b ein minimales Drehmoment an die Kurbelwelle 112 ausgibt. Auf diese Weise kann ein Dieselmotorfahrzeug beispielsweise in einer stehenden Position im Leerlauf sein, während Katalysatorbetriebstemperaturen aufrechterhalten werden.
  • Nun Bezug nehmend auf 4 zeigt ein Flussdiagramm ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennung in einer Brennkammer eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Verfahren beginnt bei Betriebsschritt 300, und bei Betriebsschritt 302 werden ein oder mehrere Zylinder, die während des Verdichtungstaktes und/oder des Arbeitstaktes arbeiten, identifiziert. Die Zylinder, die während des Arbeitstaktes arbeiten, und/oder der Arbeitstakt können auf Grundlage eines Positionssignals identifiziert werden, das den Drehwinkel der Kurbelwelle identifiziert. Bei Betriebsschritt 304 wird der Kammerdruck eines oder mehrerer identifizierter Zylinder (d.h. Zylinder, die während des Verdichtungstakts und/oder des Arbeitstakts arbeiten) bestimmt. Bei Betriebsschritt 306 wird die Kammertemperatur von einem oder mehreren identifizierten Zylindern bestimmt. Die Kammertemperatur basiert beispielsweise auf einem jeweiligen Kammerdruck. Bei Betriebsschritt 308 wird die Kammertemperatur mit einer Selbstentzündungstemperaturschwelle verglichen. Die Selbstentzündungstemperaturschwelle basiert beispielsweise auf der Selbstentzündungstemperatur des in den Zylindern 110a/110b gespeicherten Kraftstoffs. Bei Betriebsschritt 310 wird die Verbrennung in der Brennkammer eines oder mehrerer identifizierter Zylinder auf Grundlage des Vergleichs eingestellt, und das Verfahren endet bei Betriebsschritt 312. Gemäß einer Ausführungsform wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt nach früh verstellt und/oder die Menge an Kraftstoff, die in den Zylinder eingespritzt wird, wird erhöht, wenn beispielsweise die Kammertemperatur unter die Selbstentzündungstemperaturschwelle fällt, so dass die Verbrennung dynamisch eingestellt wird. Auf diese Weise wird eine erhöhte Effizienz zum Abbrennen von Kohlenwasserstoff in der Brennkammer erreicht, wodurch die Gesamtemissionen, die von dem Motor ausgestoßen werden, reduziert werden.

Claims (6)

  1. Steuersystem für einen Verbrennungsmotor (102), umfassend: zumindest einen Zylinder (110a, 110b), der eine Brennkammer aufweist, die derart konfiguriert ist, ein darin gespeichertes Luft/KraftstoffGemisch zu verbrennen, wobei das Luft/Kraftstoff-Gemisch zur Verbrennung in Ansprechen auf ein Erreichen einer Selbstentzündungstemperatur konfiguriert ist; zumindest ein elektronisches Steuermodul (200), das derart konfiguriert ist, eine Kammertemperatur (252) der Brennkammer zu bestimmen und dynamisch eine Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches basierend auf einem Vergleich zwischen der Kammertemperatur (252) und einer Selbstentzündungstemperaturschwelle (256) zu steuern, wobei die Kammertemperatur anhand der Gleichung berechnet wird: T CYL = T INTAKE ( P C Y L P I N T A K E _ J V C ) ∗ ( V C Y L V C Y L _ I V C )     ,
    Figure DE102015113748B4_0003
     wobei TCYL die Kammertemperatur ist, TINTAKE eine Ansaugkrümmertemperatur ist; PCYL ein Brennkammerdruck während eines Verdichtungstakts und/oder eines Arbeitstakts ist; PINTAKE_IVC ein Ansaugkrümmerdruck bei geschlossenem Ansaugventil ist; VCYL ein dynamisches Zylindervolumen in Bezug auf eine Kolbenposition ist; und VCYL_IVC ein dynamisches Zylindervolumen in Bezug auf eine Kolbenposition bei geschlossenem Ansaugventil ist; und zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (108a, 108b), die derart konfiguriert ist, eine Kraftstoffmenge in die Brennkammer zu einer Einspritzzeitdauer zu liefern, wobei das zumindest eine elektronische Steuermodul (200) die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches durch Einstellen zumindest einem von der Menge an Kraftstoff und der Einspritzzeitdauer derart steuert, dass die Kammertemperatur (252) bei oder über der Selbstentzündungstemperaturschwelle (256) gehalten wird, um ein effizientes Abbrennen des Kohlenwasserstoffkraftstoffs in der Brennkammer des Zylinders (110a, 110b) zu erreichen.
  2. Steuersystem für einen Verbrennungsmotor (102) nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Kolben (111a, 111b), der bewegbar in dem zumindest einen Zylinder (110a, 110b) angeordnet ist; einen Drucksensor (113a, 113b), der derart konfiguriert ist, ein Kammerdrucksignal (220) auszugeben, das einen Kammerdruck in der Brennkammer angibt; und eine Kurbelwelle (112), die derart konfiguriert ist, den Kolben (111a, 111b) durch eine Reihe von Takten in einem Motorzyklus anzutreiben, wobei die Kurbelwelle (112) einen Kurbelwellensensor (114) aufweist, der ein Positionssignal (212) ausgibt, das eine Rotationsposition der Kurbelwelle (112) angibt, wobei das zumindest eine elektronische Steuermodul (200) zumindest einen eines Verbrennungstakts und eines Arbeitstakts des Kolbens (111a, 111b) auf Grundlage des Positionssignals (212) bestimmt und derart konfiguriert ist, die Kammertemperatur (252) während zumindest eines von dem Verbrennungstakt und dem Arbeitstakt zu bestimmen.
  3. Steuersystem für einen Verbrennungsmotor (102) nach Anspruch 2, wobei das zumindest eine elektronische Steuermodul (200) ein elektronisches Kammertemperaturmodul (206) aufweist, das die Kammertemperatur (252) basierend auf dem Kammerdrucksignal (220) berechnet.
  4. Steuersystem für einen Verbrennungsmotor (102) nach Anspruch 3, wobei das zumindest eine elektronische Steuermodul (200) ein elektronisches Modul für dynamische Verbrennungssteuerung in elektrischer Kommunikation mit dem elektronischen Kammertemperaturmodul (206) aufweist, wobei das elektronische Modul für dynamische Verbrennungssteuerung derart konfiguriert ist, ein Verbrennungssteuersignal auszugeben, das die Verbrennung in Ansprechen darauf steuert, dass die Kammertemperatur (252) unter die Selbstentzündungstemperaturschwelle (256) fällt.
  5. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (102), wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Menge an Kraftstoff während einer Einspritzzeitdauer in eine Brennkammer zumindest eines Zylinders (110a, 110b) geliefert wird, der in dem Verbrennungsmotor (102) enthalten ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden; und das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer auf Grundlage einer Selbstentzündungstemperatur des Luft/Kraftstoff-Gemisches verbrannt wird; eine Kammertemperatur (252) in der Brennkammer bestimmt wird, wobei die Kammertemperatur anhand der Gleichung berechnet wird: T CYL = T INTAKE ( P C Y L P I N T A K E _ J V C ) ∗ ( V C Y L V C Y L _ I V C ) ,
    Figure DE102015113748B4_0004
     wobei TCYL die Kammertemperatur ist, TINTAKE eine Ansaugkrümmertemperatur ist; PCYL ein Brennkammerdruck während eines Verdichtungstakts und/oder eines Arbeitstakts ist; PINTAKE_lVC ein Ansaugkrümmerdruck bei geschlossenem Ansaugventil ist; VCYL ein dynamisches Zylindervolumen in Bezug auf eine Kolbenposition ist; und VCYL_IVC ein dynamisches Zylindervolumen in Bezug auf eine Kolbenposition bei geschlossenem Ansaugventil ist; und das Verbrennen des Luft/Kraftstoff-Gemisches auf Grundlage eines Vergleichs zwischen der Kammertemperatur (252) und einer Selbstentzündungstemperaturschwelle (256) derart gesteuert wird, dass die Kammertemperatur (252) bei oder über der Selbstentzündungstemperaturschwelle (256) gehalten wird, um ein effizientes Abbrennen des Kohlenwasserstoffkraftstoffs in der Brennkammer des Zylinders (110a, 110b) zu erreichen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend, dass: ein Kolben (111a, 111b), der in dem zumindest einen Zylinder (110a, 110b) bewegbar angeordnet ist, durch eine Reihe von Takten in einem Motorzyklus angetrieben wird, ein Kammerdruck in der Brennkammer in Bezug auf eine Position des Kolbens (111a, 111b) bestimmt wird; zumindest eines von einem Verbrennungstakt und einem Arbeitstakt auf Grundlage der Position des Kolbens (111a, 111b) bestimmt wird; und eine Kammertemperatur (252) in der Brennkammer während zumindest eines des Verbrennungstakts und des Arbeitstakts bestimmt wird.
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