DE102015202706B4

DE102015202706B4 - Verfahren zum bestimmen des kraftstoff-kompressionsmoduls in einer hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102015202706B4
Application number: DE102015202706.6A
Authority: DE
Inventors: Ross Dykstra Pursifull; Gopichandra Surnilla; Hao Zhang; Mark Meinhart; Joseph F. Basmaji
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2035-02-14
Also published as: US20150240771A1; US9243598B2; CN104863738A; DE102015202706A1; RU2675961C2; MX2015002349A; CN104863738B; RU2015106133A3; RU2015106133A; MX342752B

Abstract

Verfahren, das Folgendes umfasst:Einstellen des Arbeitszyklus einer Hochdruckpumpe,um einen Kompressionsmodul eines Kraftstoffs basierend auf einer Nullströmungsfunktion für die Hochdruckpumpe zu messen, wobeider Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe gepumpt wird unddie Nullströmungsfunktion auf einer Änderung des Arbeitszyklus der Pumpe bezüglich einer resultierenden Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks basiert, dadurch gekennzeichnet, dassdas Bestimmen der Nullströmungsfunktion für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe Folgendes enthält:Befehlen eines ersten Arbeitszyklus der Pumpe, während kein Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird und während sich die Kraftmaschine in einem stabilisierten Leerlaufzustand befindet;Warten, bis der Kraftstoffverteilerdruck einen stationären Wert erreicht und dann Bestimmen eines ersten Kraftstoffverteilerdrucks;dann Befehlen eines zweiten, höheren Arbeitszyklus der Pumpe und Bestimmen eines zweiten Kraftstoffverteilerdrucks; undweiterhin inkrementales Vergrößern des Arbeitszyklus der Pumpe und Bestimmen des Kraftstoffverteilerdrucks, bis ein oberer Schwellenwert des Arbeitszyklus erreicht ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf die Implementierung von Verfahren zum Finden des Kompressionsmoduls eines Kraftstoffs, der durch eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Brennkraftmaschine gepumpt wird. Derartige Verfahren sind etwa in US 7 007 662 B2 und EP 2 835 518 A1 offenbart.
Einige Kraftmaschinensysteme von Fahrzeugen verwenden sowohl die Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder als auch die Kraftstoff-Kanaleinspritzung. Das Kraftstoffzufuhrsystem kann mehrere Kraftstoffpumpen enthalten, um den Kraftstoffeinspritzdüsen Kraftstoffdruck bereitzustellen. Als ein Beispiel kann ein Kraftstoffzufuhrsystem eine Kraftstoffpumpe mit niedrigerem Druck (oder eine Saugpumpe) und eine Kraftstoffpumpe mit höherem Druck (oder eine Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe) enthalten, die zwischen dem Kraftstofftank und den Kraftstoffeinspritzdüsen angeordnet sind. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe kann an das Direkteinspritzsystem stromaufwärts eines Kraftstoffverteilers gekoppelt sein, um einen Druck des Kraftstoffs, der den Kraftmaschinenzylindern durch die Direkteinspritzdüsen zugeführt wird, zu erhöhen. Die Hochdruckpumpe kann außerdem durch einen Antriebsnocken angetrieben sein, der an eine Kurbelwelle der Kraftmaschine gekoppelt ist. Ein solenoidaktiviertes Einlassrückschlagventil oder ein Überströmventil kann stromaufwärts der Hochdruckpumpe angekoppelt sein, um die Kraftstoffströmung in den Pumpenverdichtungsraum zu regeln. Dem Überströmventil kann synchron zu der Position des Antriebsnockens oder der Winkelposition der Kraftmaschine Energie zugeführt werden.
Wenn Kraftstoff durch das Kraftstoffsystem gepumpt wird, ist der Kompressionsmodul des Kraftstoffs eine wichtige Eigenschaft. Der Kompressionsmodul eines Fluids ist ein Maß des Widerstands des Fluids gegen gleichmäßige Komprimierung. Mit anderen Worten, der Kompressionsmodul ist das Verhältnis einer Änderung des auf ein Volumen des Fluid wirkenden Drucks zu der Teiländerung des Fluidvolumens. In Brennkraftmaschinen, die Kraftstoffgemische verwenden, wie z. B. eine Benzin-Ethanol-Mischung, kann das Messen des Kompressionsmoduls an Bord des Fahrzeugs und während des Kraftmaschinenbetriebs ein effektives Verfahren sein, um das Verhältnis von Benzin zu Ethanol in dem Kraftstoffgemisch kontinuierlich abzuleiten. Außerdem kann das Messen des Kompressionsmoduls des verbrennenden Kraftstoffs für Kraftstoffsysteme wichtig sein, die die flüssige Einspritzung von Propan verwenden. Da flüssiges Propan überkritisch werden kann, kann sich seine Dichte signifikant ändern, wobei dadurch eine Notwendigkeit erzeugt wird, dass seine Dichte kontinuierlich bekannt ist, wenn sie fluktuiert. Wenn das flüssige Propan in die überkritische Fluidphase eintritt, ist sein Kompressionsmodul zu seiner Dichte direkt proportional. Auf diese Weise kann ein Maß des Kompressionsmoduls verwendet werden, um die Dichte des Propans zu bestimmen, wenn es in die überkritische Phase eintritt.
In einer Herangehensweise, um das Kompressionsmodul des Kraftstoffs unter Verwendung der Hochdruckpumpe zu messen, die durch Sakai u. a. in US 7 007 662 B2 gezeigt ist, bringt eine elektronische Steuereinheit (ECU) den Kompressionsmodul des Kraftstoffs unter Verwendung des Kraftstoffs vor und nach der Betätigung der Hochdruckpumpe in Erfahrung. Bei diesem Verfahren berechnet die ECU den Druckunterschied, während sie außerdem die Kraftstoffmenge berechnet, die tatsächlich von der Hochdruckpumpe ausgestoßen wird. Unter Verwendung der Volumen- und Druckunterschiede wird eine Gleichung verwendet, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu finden. In ähnlichen Verfahren wird einer allgemeinen Prozedur gefolgt, die in vielen Kraftstoffeinspritzsystemen mit Funkenzündung implementiert werden kann. Unter Verwendung einer Kombination des Pumpens eines bekannten Kraftstoffvolumens in den Kraftstoffverteiler, während der Druckanstieg gemessen wird, und des Ausspritzens eines bekannten Volumens, während der Druckabfall gemessen wird, kann der Kompressionsmodul gefunden werden.
Die Erfinder haben jedoch hier potentielle Probleme bei der Herangehensweise nach US 7 007 662 B2 identifiziert. Erstens kann es schwierig sein, ein nutzbares Drucksignal von dem Drucksensor zu erhalten, während die Hochdruckpumpe und/oder die Kraftstoffeinspritzdüsen die Kraftstoffströmung aktiv aufrechterhalten, was Druckwellen verursachen kann, die die Messwerte des Drucksensors beeinflussen. Außerdem kann die Verwendung eines Maßes des (von der Hochdruckpumpe) tatsächlich gepumpten Kraftstoffvolumens oder des von den Einspritzdüsen in die Kraftmaschine eingespritzten Kraftstoffvolumens schwierig sein und unsichere Ergebnisse liefern. Die üblichen Verfahren zum Bestimmen des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs können während des Normalbetriebs des Kraftstoffeinspritzsystems nicht ausreichend sein.
Erfindungsgemäß werden zur besseren Bestimmbarkeit des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs während des Normalbetriebs des Kraftstoffeinspritzsystems die Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche 1, 2, 15 und 17, sowie die Kraftmaschinensysteme der unabhängigen Ansprüche 8 und 9, bereitgestellt. Auf diese Weise kann der Kompressionsmodul des Kraftstoffs kontinuierlich und zuverlässig an Bord des Fahrzeugs in Erfahrung gebracht (berechnet) werden. In anderen Verfahren zum Bestimmen des Kompressionsmoduls, die Drucksensoren verwenden können, um die Druckanstiege in Reaktion auf ein Volumen des gepumpten Kraftstoffs aufzuzeichnen, können stationäre Drucksignale unerreichbar sein, wenn die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe und/oder die Kraftstoffeinspritzdüsen aktiv sind. Außerdem kann das Messen eines gepumpten oder von den Einspritzdüsen eingespritzten Kraftstoffvolumens unsichere Ergebnisse liefern. Außerdem können die hier erklärten Kompressionsmodul-Berechnungsverfahren durch das Kraftstoffsystem erzeugte Daten überwachen und analysieren, während das Kraftstoffsystem während normaler Betriebsmodi Kraftstoff in die Kraftmaschine einspritzt. Der normalen Betriebsmodi können verschiedene Leerlauf- und/oder Kraftstoffbeaufschlagungsbedingungen, wie z. B. die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine nur über Kraftstoff-Kanaleinspritzung, oder umgekehrt enthalten.
Die Verwendung der Strömungsfunktion, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu bestimmen, kann das Bestimmen eines Anstiegs der Strömungsfunktion umfassen. Die Erfinder haben hier erkannt, dass der Anstieg zu dem Kompressionsmodul des Kraftstoffs direkt proportional ist. Das Finden des Anstiegs (und der Strömungsfunktion) kann in mehreren Weisen erreicht werden. Während kein Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird, kann z. B. eine Folge von Arbeitszyklen der Pumpe befohlen werden, während die reagierenden Kraftstoffverteilerdrücke bestimmt werden, um eine Folge von Arbeitspunkten zu bilden. Diese Arbeitspunkte können dann graphisch dargestellt werden, um eine Nullströmungsfunktion zu bilden, um einen Anstiegswert zu finden, der zu dem Kompressionsmodul direkt proportional ist.
In einem in Beziehung stehenden Beispiel werden während der Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Kraftmaschine eine Vielzahl von Arbeitszyklen der Pumpe bei ausgewählten Kraftstoffverteilerdrücken zusammen mit einem Teilvolumen des gepumpten flüssigen Kraftstoffs befohlen, wobei eine Folge von Linien gebildet wird, die verwendet wird, um die Achsenabschnitte zu finden, die den Nulldurchflussmengendaten entsprechen. Die Nulldurchflussmengendaten, eine Folge von Arbeitspunkten bei einer Strömung von null bezüglich eines Kraftstoffverteilerdrucks und eines Arbeitszyklus, können dann graphisch dargestellt werden, um eine Nullströmungsfunktion zu bilden, um einen Versatzwert zu finden, der verwendet werden kann, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu bestimmen.
Es sei angegeben, dass sich der Arbeitszyklus der Pumpe auf das Steuern des Schließens des solenoidaktivierten Einlassrückschlagventils (Überströmventils) der Pumpe bezieht. Falls sich das Überströmventil z. B. gleichzeitig mit dem Beginn eines Verdichtungstakts der Kraftmaschine schließt, wird das Ereignis als ein Arbeitszyklus von 100 % bezeichnet. Falls sich das Überströmventil 95 % in den Verdichtungstakt schließt, wird das Ereignis als ein Arbeitszyklus von 5 % bezeichnet. Wenn ein Arbeitszyklus von 5 % befohlen ist, laufen in der Tat 95 % des verdrängten Kraftstoffvolumens über, während die verbleibenden 5 % während des Verdichtungshubs des Pumpenkolbens komprimiert werden. Der Arbeitszyklus ist zu der Zeitsteuerung des Überströmventils, insbesondere dem Schließen des Überströmventils, äquivalent.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um eine Auswahl der Konzepte in vereinfachter Form einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weiter beschrieben sind. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen.

1 stellt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders einer Brennkraftmaschine dar.
2 stellt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftstoffsystems dar, das mit der Kraftmaschine nach 1 verwendet werden kann.
3 zeigt ein Beispiel einer Hochdruck-Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe des Kraftstoffsystems nach 2.
4 veranschaulicht eine Abbildung einer Hochdruckpumpe für verschiedene Kraftstoffverteilerd rücke.
5 veranschaulicht die Nulldurchflussmengendaten nach 4, die in einer separaten graphischen Darstellung dargestellt sind.
6 zeigt ein erstes Verfahren zum Bestimmen des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs.
7 zeigt ein zweites Verfahren zum Bestimmen des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs.
8 stellt einen Ablaufplan des Prozesses zum Bestimmen des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs dar, wie er aus 6 ersichtlich ist.
9 stellt einen Ablaufplan des Prozesses zum Bestimmen des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs dar, wie er aus 7 ersichtlich ist.

Die folgende ausführliche Beschreibung stellt Informationen hinsichtlich einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und der vorgeschlagenen Verfahren zum Finden des Kompressionsmoduls des gepumpten Kraftstoffs bereit. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders in einer Brennkraftmaschine ist in 1 angegeben, während 2 ein Kraftstoffsystem darstellt, das mit der Kraftmaschine nach 1 verwendet werden kann. Ein Beispiel einer Hochdruckpumpe, die dafür ausgelegt ist, die Kraftstoff-Direkteinspritzung in die Kraftmaschine bereitzustellen, ist in 3 ausführlich gezeigt. Als Hintergrund für die Berechnungsverfahren ist eine Abbildung (oder eine graphische Darstellung) einer Hochdruckpumpe in 4 gezeigt, während die Nulldurchflussmengendaten der Pumpe in einer weiteren graphischen Darstellung in 5 gezeigt sind. Ein erstes Kompressionsmodul-Berechnungsverfahren, das die Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Kraftmaschine nicht umfasst, ist in 6 graphisch gezeigt, während ein äquivalenter Ablaufplan in 8 dargestellt ist. Ein zweites Kompressionsmodul-Berechnungsverfahren, das das Aufrechterhalten einer positiven Durchflussmenge über die Direkteinspritzung umfasst, ist in 7 graphisch gezeigt, während ein äquivalenter Ablaufplan in 9 dargestellt ist.
Hinsichtlich der überall in dieser Beschreibung verwendeten Terminologie sind mehrere graphische Darstellungen dargestellt, in denen die Datenpunkte in 2-dimensionalen graphischen Darstellungen dargestellt sind. Die Begriffe graphische Darstellung und Graphik werden synonym verwendet, um auf die gesamte graphische Darstellung oder die Kurve/Linie selbst Bezug zu nehmen. Außerdem kann eine Hochdruckpumpe oder eine Direkteinspritzpumpe als HP-Pumpe abgekürzt werden. Ähnlich kann ein Kraftstoffverteilerdruck außerdem als FRP abgekürzt werden. Wie in der obigen Zusammenfassung beschrieben worden ist, wird der Arbeitszyklus der Pumpe ausschließlich bezüglich der Hochdruckpumpe verwendet, wobei er außerdem als das Schließen des Überströmventils oder die Ventilzeitsteuerung bezeichnet wird. Das Überströmventil ist außerdem zu einem solenoidaktivierten Einlassrückschlagventil äquivalent. Die Nulldurchflussmengendaten umfassen die Punkte, die zusammen graphisch dargestellt werden können, um die Nullströmungsfunktion oder die Strömungsfunktion zu bilden.
1 stellt ein Beispiel einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 10 dar. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson 130 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert sein. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier außerdem die „Verbrennungskammer“) 14 der Kraftmaschine 10 kann die Verbrennungskammerwände 136 enthalten, in denen 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 (nicht gezeigter) Startermotor über eine Schwungscheibe an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann Einlassluft über eine 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 Beispielen können einer oder mehrere der Einlasskanäle eine Ladevorrichtung, wie z. B. einen Turbolader oder einen Lader, enthalten. 1 zeigt, dass die Kraftmaschine 10 z. B. 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, wie z. B. wenn die Kraftmaschine 10 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 Drosselklappenplatte 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 bereitgestellt 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 aus verschiedenen geeigneten Sensoren ausgewählt sein, um eine Angabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase bereitzustellen, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO- (universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff-), 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.
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 Beispielen 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 sein. Ähnlich kann das Auslassventil 156 durch den Controller 12 über einen Aktuator 154 gesteuert sein. Während einiger Bedingungen kann der Controller 12 die den Aktuatoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und das Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch jeweilige (nicht gezeigte) Ventilpositionssensoren bestimmt werden. Die Ventilaktuatoren können der elektrische Ventilbetätigungstyp oder der Nockenbetätigungstyp oder eine Kombination daraus sein. Die Zeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile kann gleichzeitig gesteuert sein oder es kann irgendeine von einer Möglichkeit der variablen Einlassnocken-Zeitsteuerung, der variablen Auslassnocken-Zeitsteuerung, der doppelt unabhängigen variablen Nockenzeitsteuerung oder der festen Nockenzeitsteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann 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 (WT-System) und/oder ein System mit variablem Ventilhub (WL-System) verwenden, die durch den Controller 12 betätigt sein 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 die VCT enthält, gesteuertes Auslassventil enthalten. In anderen Beispielen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem oder ein Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem mit variabler Zeitsteuerung gesteuert sein.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis der Volumina ist, wenn sich der Kolben 138 an der unteren Mitte befindet, bis zur oberen Mitte. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch vergrößert sein. Dies kann z. B. geschehen, wenn Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Falls eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund ihrer Wirkung auf das Kraftmaschinenklopfen außerdem vergrößert sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung enthalten. Das Zündsystem 190 kann der Verbrennungskammer 14 in Reaktion 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 Beispielen 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. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 166 und 170 können dafür ausgelegt sein, den von einem Kraftstoffsystem 8 empfangenen Kraftstoff zuzuführen. Wie unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ausgearbeitet wird, kann das Kraftstoffsystem 8 einen oder mehrere Kraftstofftanks, eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und einen oder mehrere Kraftstoffverteiler enthalten. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um den Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite eines Signals FPW-1, das über einen elektronischen Treiber 168 von dem Controller 12 empfangen wird, direkt in ihn einzuspritzen. 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 zeigt, dass die Einspritzdüse 166 an einer Seite des Zylinders 14 positioniert ist, kann sie sich alternativ über dem Kolben, z. B. in der Nähe der Position der Zündkerze 192, befinden. Eine derartige Position kann, wenn die Kraftmaschine mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, aufgrund der geringeren Flüchtigkeit einiger Kraftstoffe auf Alkoholbasis die Mischung und die Verbrennung verbessern. Alternativ kann sich die Einspritzdüse über dem und in der Nähe des Einlassventils befinden, um die Mischung zu verbessern. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 166 von einem Kraftstofftank eines Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler zugeführt werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Drucksensor besitzen, der dem Controller 12 ein Signal bereitstellt.
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 die Einlassöffnung stromaufwärts des Zylinders 14 bekannt ist, im Einlasskanal 146 angeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 170 kann den von dem Kraftstoffsystem 8 empfangenen Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite eines Signals FPW-2, das über einen elektronischen Treiber 171 von dem Controller 12 empfangen wird, einspritzen. Es sei angegeben, dass ein einziger Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoff-Einspritzsysteme verwendet werden kann, oder dass 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.
In einem alternativen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzdüsen 166 und 170 als Kraftstoff-Direkteinspritzdüse konfiguriert sein, um den Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 einzuspritzen. In einem noch weiteren Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzdüsen 166 und 170 als Kraftstoff-Kanaleinspritzdüse konfiguriert sein, um den Kraftstoff stromaufwärts des Einlassventils 150 einzuspritzen. In noch weiteren Beispielen kann der Zylinder 14 nur eine einzige Kraftstoffeinspritzdüse enthalten, die dafür ausgelegt ist, unterschiedliche Kraftstoffe in variierenden relativen Mengen als ein Kraftstoffgemisch von den Kraftstoffsystemen zu empfangen, und die ferner dafür ausgelegt ist, dieses Kraftstoffgemisch entweder als eine Kraftstoff-Direkteinspritzdüse direkt in den Zylinder oder als eine Kraftstoff-Kanaleinspritzdüse stromaufwärts der Einlassventile einzuspritzen. Als solches sollte erkannt werden, dass die hier beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die speziellen Konfigurationen der Kraftstoffeinspritzdüsen, die hier beispielhaft beschrieben sind, eingeschränkt werden sollten.
Der Kraftstoff kann während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzdüsen dem Zylinder zugeführt werden. Jede Einspritzdüse kann z. B. einen Anteil einer Gesamtkraftstoffeinspritzung, die in dem Zylinder 14 verbrannt wird, zuführen. Ferner können sich die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der von jeder Einspritzdüse zugeführt wird, mit den Betriebsbedingungen ändern, wie z. B. der Kraftmaschinenlast, dem Klopfen und der Abgastemperatur, wie z. B. hier im Folgenden beschrieben wird. Der über Kanaleinspritzung eingespritzte Kraftstoff kann sowohl während eines Ereignisses offener Einlassventile, eines Ereignisses geschlossener Einlassventile (z. B. im Wesentlichen vor dem Einlasstakt) als auch während des Betriebs sowohl mit offenen als auch mit geschlossenen Einlassventilen zugeführt werden. Ähnlich kann der direkt eingespritzte Kraftstoff z. B. sowohl während eines Einlasstakts als auch teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Einlasstakts und teilweise während des Verdichtungstakts zugeführt werden. Als solcher kann der eingespritzte Kraftstoff sogar für ein einziges Verbrennungsereignis von der Kanal- und der Direkteinspritzdüse mit unterschiedlichen Zeitsteuerungen eingespritzt werden. Außerdem können für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus ausgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, des Einlasstakts oder irgendeiner geeigneten Kombination daraus ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine. Als solcher kann jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse(n), einer Zündkerze usw. enthalten. Es wird erkannt, dass die Kraftmaschine 10 irgendeine geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern, enthalten kann. Jeder dieser Zylinder kann ferner einige oder alle der verschiedenen Komponenten enthalten, die unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben worden sind und die in 1 dargestellt sind.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese enthalten Unterschiede in der Größe, eine Einspritzdüse kann z. B. ein größeres Einspritzloch als die andere aufweisen. Andere Unterschiede enthalten andere Sprühwinkel, andere Betriebstemperaturen, ein anderes Zielen, eine andere Einspritzzeitsteuerung, andere Sprüheigenschaften, andere Orte usw., sind aber nicht darauf eingeschränkt. Außerdem können in Abhängigkeit von dem Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs zwischen den Einspritzdüsen 170 und 166 unterschiedliche Wirkungen erreicht werden.
Die Kraftstofftanks im Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstofftypen enthalten, wie z. B. Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Die Unterschiede können einen anderen Alkoholgehalt, einen anderen Wassergehalt, eine andere Oktanzahl, andere Verdampfungswärmen, andere Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. enthalten. In einem Beispiel könnten Kraftstoffe mit verschiedenen Verdampfungswärmen Benzin als einen ersten Kraftstofftyp mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als einen zweiten Kraftstofftyp mit einer größeren Verdampfungswärme enthalten. In einem weiteren Beispiel kann die Kraftmaschine Benzin als einen ersten Kraftstofftyp und ein Alkohol enthaltendes Kraftstoffgemisch, wie z. B. E85 (das aus etwa 85 % Ethanol und 15 % Benzin besteht) oder M85 (das aus etwa 85 % Methanol und 15 % Benzin besteht), als einen zweiten Kraftstofftyp verwenden. Andere mögliche Substanzen enthalten Wasser, Methanol, eine Mischung aus Alkohol und Wasser, eine Mischung aus Wasser und Methanol, eine Mischung aus Alkoholen usw.
In einem noch weiteren Beispiel können beide Kraftstoffe Kraftstoffgemische mit einer variierenden Alkoholzusammensetzung sein, wobei der erste Kraftstofftyp ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Konzentration von Alkohol, wie z. B. E10 (was aus etwa 10 % Ethanol besteht), sein kann, während der zweite Kraftstofftyp ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer größeren Konzentration von Alkohol, wie z. B. E85 (was aus etwa 85 % Ethanol besteht), sein kann. Zusätzlich können sich der erste und der zweite Kraftstoff außerdem in anderen Kraftstoffqualitäten, wie z. B. einem Unterschied in der Temperatur, der Viskosität, der Oktanzahl usw., unterscheiden. Außerdem können sich die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig ändern, z. B. aufgrund der Variationen der Nachfüllung des Tanks von Tag zu Tag.
Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, die Eingabe-/Ausgabe-Ports 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, das in diesem speziellen Beispiel als ein Festwertspeicher-Chip 110 zum Speichern ausführbarer Anweisungen gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 112, einen 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 122; einer Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem an eine Kühlhülse 118 gekoppelten Temperatursensor 116; 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 eines Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) von einem Sensor 124. 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.
2 stellt schematisch ein beispielhaftes Kraftstoffsystem 8 nach 1 dar. Das Kraftstoffsystem 8 kann betrieben werden, um einer Kraftmaschine, wie z. B. der Kraftmaschine 10 nach 1, Kraftstoff zuzuführen. Das Kraftstoffsystem 8 kann durch einen Controller betrieben werden, um einige oder alle der Operationen auszuführen, die unter Bezugnahme auf die Prozessabläufe nach den 8 und 9 beschrieben sind.
Das Kraftstoffsystem 8 kann Kraftstoff von einer oder mehreren verschiedenen Kraftstoffquellen einer Kraftmaschine bereitstellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können ein erster Kraftstofftank 202 und ein zweiter Kraftstofftank 212 bereitgestellt sein. Während die Kraftstofftanks 202 und 212 im Kontext diskreter Behälter zum Lagern von Kraftstoff beschrieben werden, sollte erkannt werden, dass diese Kraftstofftanks stattdessen als ein einziger Kraftstofftank konfiguriert sein können, der separate Kraftstofflagerbereiche besitzt, die durch eine Wand oder eine andere geeignete Membran getrennt sind. Noch weiter kann in einigen Ausführungsformen diese Membran dafür ausgelegt sein, ausgewählte Komponenten eines Kraftstoffs zwischen den zwei oder mehr Kraftstofflagerbereichen wahlweise zu übertragen und dadurch zu ermöglichen, dass ein Kraftstoffgemisch wenigstens teilweise durch die Membran in einen ersten Kraftstofftyp in dem ersten Kraftstofflagerbereich und einen zweiten Kraftstofftyp in dem zweiten Kraftstofflagerbereich getrennt wird.
In einigen Beispielen kann der erste Kraftstofftank 202 Kraftstoff eines ersten Kraftstofftyps lagern, während der zweite Kraftstofftank 212 Kraftstoff eines zweiten Kraftstofftyps lagern kann, wobei der erste und der zweite Kraftstofftyp eine sich unterscheidende Zusammensetzung besitzen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der in dem zweiten Kraftstofftank 212 enthaltene zweite Kraftstofftyp eine höhere Konzentration von einer oder mehreren Komponenten enthalten, die den zweiten Kraftstofftyp mit einer größeren relativen Klopfunterdrückungsfähigkeit als den ersten Kraftstoff versehen.
Beispielhaft können sowohl der erste Kraftstoff als auch der zweite Kraftstoff ein oder mehrere Kohlenwasserstoffkomponenten enthalten, wobei aber der zweite Kraftstoff außerdem eine höhere Konzentration einer Alkoholkomponente als der erste Kraftstoff enthalten kann. Unter einigen Bedingungen kann diese Alkoholkomponente die Klopfunterdrückung für die Kraftmaschine bereitstellen, wenn sie in einer geeigneten Menge bezüglich des ersten Kraftstoffs zugeführt wird, wobei sie irgendeinen geeigneten Alkohol, wie z. B. Ethanol, Methanol usw., enthalten kann. Weil Alkohol aufgrund der erhöhten latenten Verdampfungswärme und der Ladungskühlungskapazität des Alkohols eine größere Klopfunterdrückung als einige Kraftstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis, wie z. B. Benzin und Diesel, bereitstellen kann, kann ein Kraftstoff, der eine höhere Konzentration einer Alkoholkomponente enthält, wahlweise verwendet werden, um während ausgewählter Betriebsbedingungen eine vergrößerte Widerstandsfähigkeit gegen das Kraftmaschinenklopfen bereitzustellen.
Als ein weiteres Beispiel kann zu dem Alkohol (z. B. dem Methanol, dem Ethanol) Wasser hinzugefügt sein. Als solches verringert das Wasser die Zündfähigkeit des Alkoholkraftstoffs, was eine erhöhte Flexibilität beim Lagern des Kraftstoffs ergibt. Außerdem erhöht die Verdampfungswärme des Wassergehalts die Fähigkeit des Alkoholkraftstoffs, als ein Klopfunterdrücker zu wirken. Noch weiter kann der Wassergehalt die Gesamtkosten des Kraftstoffs verringern.
Als ein spezifisches nicht einschränkendes Beispiel kann der erste Kraftstofftyp in dem ersten Kraftstofftank Benzin enthalten, während der zweite Kraftstofftyp in dem zweiten Kraftstofftank Ethanol enthalten kann. Als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann der erste Kraftstofftyp Benzin enthalten, während der zweite Kraftstofftyp ein Gemisch aus Benzin und Ethanol enthalten kann. In noch weiteren Beispielen können sowohl der erste Kraftstofftyp als auch der zweite Kraftstofftyp Benzin und Ethanol enthalten, wodurch der zweite Kraftstofftyp eine höhere Konzentration der Ethanolkomponente als der erste Kraftstoff enthält (z. B. E10 als der erste Kraftstofftyp und E85 als der zweite Kraftstofftyp). Als ein noch weiteres Beispiel kann der zweite Kraftstofftyp eine relativ höhere Oktanzahl als der erste Kraftstofftyp besitzen, wodurch der zweite Kraftstoff zu einem wirksameren Klopfunterdrücker als der erste Kraftstoff gemacht wird. Es sollte erkannt werden, dass diese Beispiele als nicht einschränkend betrachtet werden sollten, da andere geeignete Kraftstoffe verwendet werden können, die relativ andere Klopfunterdrückungseigenschaften besitzen. In noch weiteren Beispielen können sowohl der erste als auch der zweite Kraftstofftank den gleichen Kraftstoff lagern. Während das dargestellte Beispiel zwei Kraftstofftanks mit zwei verschiedenen Kraftstofftypen veranschaulicht, wird erkannt, dass in alternativen Ausführungsformen nur ein einziger Kraftstofftank mit einem einzigen Kraftstofftyp vorhanden sein kann.
Die Kraftstofftanks 202 und 212 können sich in ihren Kraftstofflagerkapazitäten unterscheiden. In dem dargestellten Beispiel, in dem der zweite Kraftstofftank 212 einen Kraftstoff mit einer höheren Kraftstoffunterdrückungsfähigkeit lagert, kann der zweite Kraftstofftank 212 eine kleinere Kraftstofflagerkapazität als der erste Kraftstofftank 202 besitzen. Es sollte jedoch erkannt werden, dass in alternativen Ausführungsformen die Kraftstofftanks 202 und 212 die gleiche Kraftstofflagerkapazität besitzen können.
Der Kraftstoff kann den Kraftstofftanks 202 und 212 über jeweilige Kraftstofffüllkanäle 204 und 214 bereitgestellt werden. In einem Beispiel, in dem die Kraftstofftanks verschiedene Kraftstofftypen lagern, können die Kraftstofffüllkanäle 204 und 214 Kraftstoffidentifikationsmarkierungen enthalten, um den Kraftstofftyp zu identifizieren, der dem entsprechenden Kraftstofftank bereitgestellt werden soll.
Eine erste Niederdruck-Kraftstoffpumpe (LPP) 208, die mit dem ersten Kraftstofftank 202 in Verbindung steht, kann betrieben werden, um den ersten Kraftstofftyp von dem ersten Kraftstofftank 202 über einen ersten Kraftstoffkanal 230 einer ersten Gruppe von Kanaleinspritzdüsen 242 zuzuführen. In einem Beispiel kann die erste Kraftstoffpumpe 208 eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe mit einem niedrigeren Druck sein, die wenigstens teilweise innerhalb des ersten Kraftstofftanks 202 angeordnet ist. Der durch die erste Kraftstoffpumpe 208 gehobene Kraftstoff kann bei einem niedrigeren Druck in einen ersten Kraftstoffverteiler 240 zugeführt werden, der an eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen der ersten Gruppe der Kanaleinspritzdüsen 242 (die hier außerdem als die erste Einspritzdüsengruppe bezeichnet wird) gekoppelt ist. Während gezeigt ist, dass der erste Kraftstoffverteiler 240 den Kraftstoff an vier Kraftstoffeinspritzdüsen der ersten Einspritzdüsengruppe 242 abgibt, wird erkannt, dass der erste Kraftstoffverteiler 240 den Kraftstoff an irgendeine geeignete Anzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen abgeben kann. Als ein Beispiel kann der erste Kraftstoffverteiler 240 den Kraftstoff an eine Kraftstoffeinspritzdüse der ersten Einspritzdüsengruppe 242 für jeden Zylinder der Kraftmaschine abgeben. Es sei angegeben, dass in anderen Beispielen der erste Kraftstoffkanal 230 den Kraftstoff für die Kraftstoffeinspritzdüsen der ersten Einspritzdüsengruppe 242 über zwei oder mehr Kraftstoffverteiler bereitstellen kann. Wenn die Kraftmaschinenzylinder z. B. in einer V-Typ-Konfiguration konfiguriert sind, können zwei Kraftstoffverteiler verwendet werden, um den Kraftstoff von dem ersten Kraftstoffkanal zur jeder der Kraftstoffeinspritzdüsen der ersten Einspritzdüsengruppe zu verteilen.
Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 ist in dem zweiten Kraftstoffkanal 232 enthalten, wobei ihr Kraftstoff über die LPP 208 oder die LPP 218 zugeführt werden kann. In einem Beispiel kann die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 eine durch die Kraftmaschine angetriebene Verdrängerpumpe sein. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 kann über einen zweiten Kraftstoffverteiler 250 mit einer Gruppe von Direkteinspritzdüsen 252 und über ein Solenoidventil 236 mit einer Gruppe von Kanaleinspritzdüsen 242 in Verbindung stehen. Folglich kann der durch die erste Kraftstoffpumpe 208 gehobene Kraftstoff unter niedrigerem Druck durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 weiter unter Druck gesetzt werden, um den Kraftstoff unter höherem Druck für die Direkteinspritzung dem zweiten Kraftstoffverteiler 250 zuzuführen, der an eine oder mehrere Kraftstoff-Direkteinspritzdüsen 252 (die hier außerdem als zweite Einspritzdüsengruppe bezeichnet werden) gekoppelt ist. In einigen Beispielen kann ein (nicht gezeigter) Kraftstofffilter stromaufwärts der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 angeordnet sein, um Partikel aus dem Kraftstoff zu entfernen. Ferner kann in einigen Beispielen ein (nicht gezeigter) Kraftstoff-Druckspeicher stromabwärts des Kraftstofffilters zwischen die Niederdruckpumpe und die Hochdruckpumpe gekoppelt sein.
Eine zweite Niederdruck-Kraftstoffpumpe 218, die mit dem zweiten Kraftstofftank 212 in Verbindung steht, kann betrieben werden, um den zweiten Kraftstofftyp von dem zweiten Kraftstofftank 202 über den zweiten Kraftstoffkanal 232 den Direkteinspritzdüsen 252 zuzuführen. Auf diese Weise koppelt der zweite Kraftstoffkanal 232 sowohl den ersten Kraftstofftank als auch den zweiten Kraftstofftank fluidtechnisch an die Gruppe der Direkteinspritzdüsen. In einem Beispiel kann die dritte Kraftstoffpumpe 218 außerdem eine elektrisch angetriebene Niederdruck-Kraftstoffpumpe (LPP) sein, die wenigstens teilweise innerhalb des zweiten Kraftstofftanks 212 angeordnet ist. Folglich kann der durch die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 218 gehobene Kraftstoff unter niedrigerem Druck durch die Kraftstoffpumpe 228 mit höherem Druck weiter unter Druck gesetzt werden, um Kraftstoff unter höherem Druck für die Direkteinspritzung dem zweiten Kraftstoffverteiler 250, der an eine oder mehrere Kraftstoff-Direkteinspritzdüsen gekoppelt ist, zuzuführen. In einem Beispiel können die zweite Niederdruck-Kraftstoffpumpe 218 und die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 betrieben werden, um den zweiten Kraftstofftyp bei einem höheren Kraftstoffdruck als den Kraftstoffdruck des ersten Kraftstofftyps, der durch die erste Niederdruck-Kraftstoffpumpe 208 dem ersten Kraftstoffverteiler 240 bereitgestellt wird, dem zweiten Kraftstoffverteiler 250 bereitzustellen.
Die Fluidverbindung zwischen dem ersten Kraftstoffkanal 230 und dem zweiten Kraftstoffkanal 232 kann durch einen ersten und einen zweiten Umgehungskanal 224 und 234 erreicht werden. Spezifisch kann der erste Umgehungskanal 224 den ersten Kraftstoffkanal 230 stromaufwärts der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 an den zweiten Kraftstoffkanal 232 koppeln, während der zweite Umgehungskanal 234 den ersten Kraftstoffkanal 230 stromabwärts der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 an den zweiten Kraftstoffkanal 232 koppeln kann. In den Kraftstoffkanälen und/oder den Umgehungskanälen können ein oder mehrere Überdruckventile enthalten sein, um der Kraftstoffströmung zurück in die Kraftstofflagertanks zu widerstehen oder die Kraftstoffströmung zurück in die Kraftstofflagertanks zu verhindern. Ein erstes Überdruckventil 226 kann z. B. im ersten Umgehungskanal 224 bereitgestellt sein, um die Rückströmung des Kraftstoffs aus dem zweiten Kraftstoffkanal 232 zum ersten Kraftstoffkanal 230 und zum ersten Kraftstofftank 202 zu verringern oder zu verhindern. Ein zweites Überdruckventil 222 kann im zweiten Kraftstoffkanal 232 bereitgestellt sein, um die Rückströmung des Kraftstoffs aus dem ersten oder dem zweiten Kraftstoffkanal in den zweiten Kraftstofftank 212 zu verringern oder zu verhindern. In einem Beispiel können die Pumpen 208 und 218 mit niedrigerem Druck in die Pumpen integrierte Überdruckventile besitzen. Die integrierten Überdruckventile können den Druck in den jeweiligen Saugpumpen-Kraftstoffleitungen begrenzen. Ein in die erste Kraftstoffpumpe 208 integriertes Überdruckventil kann den Druck begrenzen, der andernfalls in dem ersten Kraftstoffverteiler 240 erzeugt würde, falls das Solenoidventil 236 (absichtlich oder unabsichtlich) offen wäre und während die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 pumpen würde.
In einigen Beispielen können außerdem der erste und/oder der zweite Umgehungskanal verwendet werden, um Kraftstoff zwischen den Kraftstofftanks 202 und 212 zu übertragen. Die Kraftstoffübertragung kann durch die Einbeziehung zusätzlicher Rückschlagventile, Überdruckventile, Solenoidventile und/oder Pumpen in den ersten oder den zweiten Umgehungskanal, z. B. des Solenoidventils 236, gefördert werden. In noch weiteren Beispielen kann einer der Kraftstofflagertanks bei einer höheren Höhe als der andere Kraftstofflagertank angeordnet sein, wodurch der Kraftstoff von dem höheren Kraftstofflagertank über einen oder mehrere der Umgehungskanäle zu dem niedrigeren Kraftstofflagertank übertragen werden kann. Auf diese Weise kann der Kraftstoff durch die Gravitation zwischen den Kraftstofflagertanks übertragen werden, ohne notwendigerweise eine Kraftstoffpumpe zu erfordern, um die Kraftstoffübertragung zu fördern.
Die verschiedenen Komponenten des Kraftstoffsystems 8 stehen mit einem Kraftmaschinen-Steuersystem, wie z. B. dem Controller 12, in Verbindung. Der Controller 12 kann z. B. zusätzlich zu den Sensoren, die vorher unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden sind, eine Angabe der Betriebsbedingungen von verschiedenen Sensoren, die dem Kraftstoffsystem 8 zugeordnet sind, empfangen. Die verschiedenen Eingaben können z. B. eine Angabe der in jedem der Kraftstofflagertanks 202 und 212 gelagerten Kraftstoffmenge über die Kraftstoffpegelsensoren 206 bzw. 216 enthalten. Der Controller 12 kann zusätzlich zu oder als eine Alternative zu einer Angabe der Kraftstoffzusammensetzung, die von einem Abgassensor (wie z. B. dem Sensor 128 nach 1) abgeleitet wird, außerdem eine Angabe der Kraftstoffzusammensetzung von einem oder mehreren Kraftstoffzusammensetzungssensoren empfangen. Eine Angabe der Kraftstoffzusammensetzung des in den Kraftstofflagertanks 202 und 212 gelagerten Kraftstoffs kann z. B. durch die Kraftstoffzusammensetzungssensoren 210 bzw. 220 bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Kraftstoffzusammensetzungssensoren an irgendeinem geeigneten Ort entlang der Kraftstoffkanäle zwischen den Kraftstofflagertanks und ihren jeweiligen Kraftstoffeinspritzdüsengruppen bereitgestellt sein. Der Kraftstoffzusammensetzungssensor 238 kann z. B. an dem ersten Kraftstoffverteiler 240 oder entlang dem ersten Kraftstoffkanal 230 bereitgestellt sein und/oder der Kraftstoffzusammensetzungssensor 248 kann an dem zweiten Kraftstoffverteiler 250 oder entlang dem zweiten Kraftstoffkanal 232 bereitgestellt sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können die Kraftstoffzusammensetzungssensoren dem Controller 12 eine Angabe einer Konzentration einer Klopfunterdrückungskomponente, die in dem Kraftstoff enthalten ist, oder eine Angabe einer Oktanzahl des Kraftstoffs bereitstellen. Einer oder mehrere der Kraftstoffzusammensetzungssensoren können z. B. eine Angabe des Alkoholgehalts des Kraftstoffs bereitstellen.
Es sei angegeben, dass der relative Ort der Kraftstoffzusammensetzungssensoren innerhalb des Kraftstoffzufuhrsystems verschiedene Vorteile bereitstellen kann. Die Sensoren 238 und 248, die an den Kraftstoffverteilern oder entlang den Kraftstoffkanälen, die die Kraftstoffeinspritzdüsen mit einem oder mehreren Kraftstofflagertanks koppeln, angeordnet sind, können z. B. eine Angabe einer resultierenden Kraftstoffzusammensetzung bereitstellen, wenn zwei oder mehr unterschiedliche Kraftstoffe kombiniert werden, bevor sie der Kraftmaschine zugeführt werden. Im Gegensatz können die Sensoren 210 und 220 eine Angabe der Kraftstoffzusammensetzung in den Kraftstofflagertanks bereitstellen, die sich von der Zusammensetzung des tatsächlich der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoffs unterscheiden kann.
Der Controller 12 kann außerdem den Betrieb jeder der Kraftstoffpumpen 208, 218 und 228 steuern, um eine Menge, den Druck, eine Durchflussmenge usw. eines der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoffs einzustellen. Als ein Beispiel kann der Controller 12 eine Druckeinstellung, einen Hubbetrag der Pumpe, einen Arbeitszyklus-Befehl der Pumpe und/oder eine Kraftstoffdurchflussmenge der Kraftstoffpumpen ändern, um den Kraftstoff verschiedenen Orten des Kraftstoffsystems zuzuführen. Ein (nicht gezeigter) Treiber, der elektronisch an den Controller 12 gekoppelt ist, kann verwendet werden, um ein Steuersignal an jede der Niederdruckpumpen zu senden, wie es erforderlich ist, um die Ausgabe (z. B. die Drehzahl) der jeweiligen Niederdruckpumpe einzustellen. Die Menge des ersten oder des zweiten Kraftstofftyps, die über die Direkteinspritzpumpe der Gruppe der Direkteinspritzdüsen zugeführt wird, kann durch das Einstellen und das Koordinieren der Ausgabe der ersten oder der zweiten LPP und der Direkteinspritzpumpe eingestellt werden. Die Kraftstoffpumpe mit niedrigerem Druck und die Kraftstoffpumpe mit höherem Druck können z. B. betrieben werden, um einen vorgeschriebenen Kraftstoffverteilerdruck aufrechtzuerhalten. Ein Kraftstoffverteiler-Drucksensor, der an den zweiten Kraftstoffverteiler gekoppelt ist, kann z. B. dafür ausgelegt sein, eine Schätzung des Kraftstoffdrucks bereitzustellen, der an der Gruppe der Direkteinspritzdüsen verfügbar ist. Dann können die Pumpenausgaben basierend auf einem Unterschied zwischen dem geschätzten Verteilerdruck und einem Verteiler-Solldruck eingestellt werden. In einem Beispiel, in dem die Hochdruck-Kraftstoffpumpe eine volumetrische Verdrängungspumpe ist, kann der Controller ein Strömungssteuerventil der Hochdruckpumpe einstellen, um das effektive Pumpenvolumen jedes Pumpenhubs zu ändern.
Wenn die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe als solche arbeitet, stellt die Strömung des Kraftstoffs durch sie hindurch eine ausreichende Pumpenschmierung und -kühlung bereit. Während der Bedingungen, wenn der Betrieb der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe nicht angefordert ist, wie z. B. wenn keine Direkteinspritzung des Kraftstoffs angefordert ist und/oder wenn der Kraftstoffpegel in dem zweiten Kraftstofftank 212 unter einem Schwellenwert liegt (d. h., es ist nicht ausreichend klopfunterdrückender Kraftstoff verfügbar), kann die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe nicht ausreichend geschmiert werden, falls die Kraftstoffströmung durch die Pumpe unterbrochen ist.
3 zeigt eine beispielhafte Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228, die in dem System nach 2 gezeigt ist. Dem Einlass 403 des Verdichtungsraums 408 der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe wird Kraftstoff über eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe zugeführt, wie in 2 gezeigt ist. Der Kraftstoff kann bei seinem Durchgang durch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 unter Druck gesetzt werden und durch den Pumpenauslass 404 einem Kraftstoffverteiler zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel kann die Direkteinspritzpumpe 228 eine mechanisch angetriebene Verdrängerpumpe sein, die einen Pumpenkolben 406 und eine Kolbenstange 420, einen Pumpenverdichtungsraum 408 (der hier außerdem als Verdichtungsraum bezeichnet wird) und einen Stufenraum 418 enthält. Der Kolben 406 enthält ein Oberteil 405 und einen Boden 407. Der Stufenraum und der Verdichtungsraum können Hohlräume enthalten, die auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpenkolbens positioniert sind. In einem Beispiel kann der Kraftmaschinen-Controller 12 dafür ausgelegt sein, den Kolben 406 in der Direkteinspritzpumpe 228 durch einen Antriebsnocken 410 anzutreiben. Der Nocken 410 enthält vier Nasen, wobei er alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle der Kraftmaschine eine Umdrehung abschließt.
Ein solenoidaktiviertes Einlassrückschlagventil 412 kann an den Pumpeneinlass 403 gekoppelt sein. Der Controller 12 kann dafür ausgelegt sein, die Kraftstoffströmung durch das Einlassrückschlagventil 412 durch das Erregen oder das Aberregen des Solenoidventils (basierend auf der Konfiguration des Solenoidventils) synchron mit dem Antriebsnocken zu regeln. Dementsprechend kann das solenoidaktivierte Einlassrückschlagventil 412 in zwei Modi betrieben werden. In einem ersten Modus ist das solenoidaktivierte Rückschlagventil 412 innerhalb des Einlasses 403 positioniert, um die Menge der Strömung, die sich stromaufwärts des solenoidaktivierten Rückschlagventils 412 bewegt, zu begrenzen (z. B. zu sperren). Im Vergleich ist im zweiten Modus das solenoidaktivierte Rückschlagventil 412 effektiv gesperrt, wobei sich der Kraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Einlassrückschlagventils bewegen kann.
Das solenoidaktivierte Rückschlagventil 412 als solches kann dafür ausgelegt sein, die Masse (oder das Volumen) des in der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe komprimierten Kraftstoffs zu regeln. In einem Beispiel kann der Controller 12 eine Schließzeitsteuerung des solenoidaktivierten Rückschlagventils einstellen, um die Masse des komprimierten Kraftstoffs zu regeln. Ein spätes Schließen des Einlassrückschlagventils kann z. B. die in den Verdichtungsraum 408 aufgenommene Kraftstoffmasse verringern. Die Öffnungs- und Schließzeitsteuerungen des solenoidaktivierten Rückschlagventils können bezüglich der Hubzeitsteuerungen der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe koordiniert sein.
Der Pumpeneinlass 499 ermöglicht Kraftstoff zu dem Rückschlagventil 402 und zu dem Überdruckventil 401. Das Rückschlagventil 402 ist stromaufwärts des solenoidaktivierten Rückschlagventils 412 entlang dem Kanal 435 positioniert. Das Rückschlagventil 402 ist vorbelastet, um die Kraftstoffströmung aus dem solenoidaktivierten Rückschlagventil 412 und dem Pumpeneinlass 499 zu verhindern. Das Rückschlagventil 402 ermöglicht eine Strömung von der Niederdruck-Kraftstoffpumpe zu dem solenoidaktivierten Rückschlagventil 412. Das Rückschlagventil 402 ist zu dem Überdruckventil 401 parallel gekoppelt. Das Überdruckventil 401 ermöglicht eine Kraftstoffströmung aus dem solenoidaktivierten Rückschlagventil 412 zu der Niederdruck-Kraftstoffpumpe, wenn der Druck zwischen dem Überdruckventil 401 und dem solenoidbetätigten Rückschlagventil 412 größer als ein vorgegebener Druck (z. B. 10 bar) ist. Wenn das solenoidbetätigte Rückschlagventil 412 deaktiviert ist (z. B. nicht elektrisch erregt ist), arbeitet das solenoidbetätigte Rückschlagventil in einem Durchlassmodus, wobei das Überdruckventil 401 den Druck in dem Verdichtungsraum 408 auf die einzige Druckentlastungseinstellung des Überdruckventils 401 (z. B. 15 bar) regelt. Das Regeln des Drucks in dem Verdichtungsraum 408 ermöglicht, dass sich vom Kolbenoberteil 405 bis zum Kolbenboden 407 ein Druckunterschied bildet. Der Druck im Stufenraum 418 befindet sich auf dem Druck des Auslasses der Niederdruckpumpe (z. B. 5 bar), während sich der Druck am Kolbenoberteil auf dem Regeldruck (z. B. 15 bar) des Überdruckventils befindet. Der Druckunterschied ermöglicht, dass Kraftstoff vom Kolbenoberteil 405 durch den Zwischenraum zwischen dem Kolben 406 und der Wand 450 des Pumpenzylinders zum dem Kolbenboden 407 sickert und dadurch die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 schmiert.
Der Kolben 406 bewegt sich aufwärts und abwärts hin und her. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 befindet sich in einem Verdichtungshub, wenn sich der Kolben 406 in einer Richtung bewegt, die das Volumen des Verdichtungsraums 408 verringert. Die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 befindet sich in einem Saughub, wenn sich der Kolben 406 in einer Richtung bewegt, die das Volumen des Verdichtungsraums 408 vergrößert.
Ein Vorwärtsströmungs-Auslassrückschlagventil 416 kann stromabwärts eines Auslasses 404 des Verdichtungsraums 408 angekoppelt sein. Das Auslassrückschlagventil 416 öffnet sich, um es zu ermöglichen, dass Kraftstoff vom Auslass 404 des Verdichtungsraums nur in einen Kraftstoffverteiler strömt, wenn ein Druck am Auslass der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 (z. B. ein Auslassdruck des Verdichtungsraums) höher als der Kraftstoffverteilerdruck ist. Folglich kann der Controller 12 während der Bedingungen, wenn der Betrieb der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe nicht angefordert ist, das solenoidaktivierte Einlassrückschlagventil 412 deaktivieren, wobei das Überdruckventil 401 den Druck im Verdichtungsraum während des meisten des Verdichtungshubs auf einen einzigen im Wesentlichen konstanten Druck (z. B. einen Regeldruck von ±0,5 bar) regelt. Bei dem Einlasshub fällt der Druck in dem Verdichtungsraum 408 auf einen Druck in der Nähe des Drucks der Saugpumpe (208 und/oder 218). Die Schmierung der DI-Pumpe 228 kann stattfinden, wenn der Druck im Verdichtungsraum 408 den Druck im Stufenraum 418 übersteigt. Dieser Unterschied der Drücke kann außerdem zur Pumpenschmierung beitragen, wenn der Controller 12 das solenoidaktivierte Rückschlagventil 412 deaktiviert. Ein Ergebnis dieses Regelverfahrens ist, dass der Kraftstoffverteiler auf einen minimalen Druck, etwa die Druckentlastung von 402, geregelt wird. Falls das Ventil 402 eine Druckentlastungseinstellung von 10 bar besitzt, wird folglich der Kraftstoffverteilerdruck 15 bar, weil diese 10 bar zu den 5 bar des Saugpumpendrucks hinzugefügt werden. Spezifisch wird der Kraftstoffdruck in dem Verdichtungsraum 408 während des Verdichtungshubs der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 geregelt. Während wenigstens des Verdichtungshubs der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 228 wird folglich der Pumpe Schmierung bereitgestellt. Wenn die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe in einen Ansaughub eintritt, kann der Kraftstoffdruck in dem Verdichtungsraum verringert werden, während immer noch irgendein Niveau der Schmierung bereitgestellt werden kann, solange wie der Druckunterschied bleibt. Ein weiteres Rückschlagventil 414 (ein Überdruckventil) kann parallel zu dem Rückschlagventil 416 angeordnet sein. Das Ventil 414 ermöglicht die Kraftstoffströmung aus dem Dl-Kraftstoffverteiler zum Pumpenauslass 404, wenn der Kraftstoffverteilerdruck größer als ein vorgegebener Druck ist.
Es sei hier angegeben, dass die DI-Pumpe 228 nach 3 als ein veranschaulichendes Beispiel einer möglichen Konfiguration für eine DI-Pumpe dargestellt ist. Die in 3 gezeigten Komponenten können entfernt und/oder geändert werden, während zusätzliche Komponenten, die gegenwärtig nicht gezeigt sind, zu der Pumpe 228 hinzugefügt werden können, während immer noch die Fähigkeit aufrechterhalten wird, Hochdruckkraftstoff einem Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler zuzuführen. Als ein Beispiel können in anderen Ausführungsformen der Kraftstoffpumpe 228 das Überdruckventil 401 und das Rückschlagventil 402 entfernt sein. Außerdem können die im Folgenden dargestellten Verfahren auf verschiedene Konfigurationen der Pumpe 228 zusammen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftstoffsystems 8 nach 2 angewendet werden.
Die Erfinder haben hier erkannt, dass die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 228 nach 3 in mehreren Weisen betrieben werden kann, um Daten zu erzeugen, die dann verwendet werden können, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs, der über die Hochdruckpumpe in den Kraftstoffverteiler gepumpt wird, zu finden. In anderen Verfahren, um den Kompressionsmodul von dem Kraftstoffsystem eines Fahrzeugs zu finden, werden von dem gepumpten Kraftstoff während des Normalbetriebs des Kraftstoffeinspritzsystems volumetrische und Druckmessungen vorgenommen. Aus diesen Verfahren können sich Probleme ergeben, da sowohl Druckwellen während des normalen Systembetriebs als auch eine Unbestimmtheit des tatsächlichen gepumpten oder in die Kraftmaschine eingespritzten Kraftstoffvolumens auftreten können. Die Erfinder haben hier erkannt, dass ein zuverlässiges Berechnungsverfahren für das kontinuierliche Bestimmen des Kompressionsmoduls des gepumpten Kraftstoffs an Bord des Fahrzeugs erforderlich ist, wo der Kompressionsmodul als ein Beispiel verwendet wird, um die Zusammensetzung der gemischten Kraftstoffgemische zu bestimmen.
Die vorgeschlagenen Berechnungsverfahren können in den Controller 12 aufgenommen sein und in Übereinstimmung mit einem Satz von Parametern aktiviert werden, um den Kompressionsmodul des gepumpten Kraftstoffs kontinuierlich zu messen. Der Controller kann ferner eine Programmierung zum Verwenden des Kompressionsmoduls enthalten, um andere Parameter zu bestimmen, wie z. B. die Zusammensetzung der Kraftstoffgemische oder die Dichte des überkritischen Propans. Die hier beschriebenen Berechnungsverfahren umfassen das Einstellen des Betriebs einer Hochdruckpumpe und das Befehlen einer Folge von Arbeitszyklen, während die reagierenden Kraftstoffverteilerdrücke und/oder die gepumpten Kraftstoff-Teilvolumen bestimmt (gemessen) werden. Vor dem Beschreiben der Berechnungsverfahren, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu bestimmen, wird eine Anzahl von Konzepten dargestellt, die in die Berechnungsverfahren einbezogen sind.
4 veranschaulicht eine Abbildung einer Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe (Hochdruck-Kraftstoffpumpe), die die Beziehung 400 zwischen dem Arbeitszyklus der HP-Pumpe und dem Flüssigkeits-Teilvolumen des in den Kraftstoffverteiler gepumpten Kraftstoffs zeigt. Die graphischen Darstellungen (die Linien) nach 4 repräsentieren das Testen eines einzigen Kraftstoffs, wie z. B. eines Benzin-Ethanol-Gemischs, mit einem bestimmten Kompressionsmodul bei verschiedenen Kraftstoffverteilerdrücken. Die möglichen Benzin-Ethanol-Gemische sind in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben worden. Jede einzelne Kurve der graphischen Darstellung 400 entspricht einem einzigen Wert des Kraftstoffverteilerdrucks, wie durch die Legende 470 gezeigt ist. Die vertikale Achse ist das gepumpte Flüssigkeits-Teilvolumen, während die horizontale Achse der Arbeitszyklus der HP-Pumpe ist.
Es ist eine ideale Kurve 419 gezeigt, die eine HP-Pumpe mit perfekten Ventilen und ohne Nachgiebigkeit des Fluids (des Kraftstoffs in diesem Fall) repräsentiert, die zu dem Fluid äquivalent ist, das einen unendlichen Kompressionsmodul besitzt. Im Idealfall wird für jede Einheitszunahme des Arbeitszyklus das gepumpte Flüssigkeits-Teilvolumen ebenfalls um eine Einheit vergrößert. Die Kurven der realistischen, getesteten HP-Pumpen sind in 4 als die Kurven 428, 438, 448, 458 und 468 gezeigt. Der Anstieg 417 der idealen Kurve 419 ist der gleiche Anstieg wie der jeder anderen Kurve in 4. Die Punkte 453, wo die fünf realistischen Kurven die horizontale Achse (die Achse des Arbeitszyklus der HP-Pumpe) kreuzen, sind die Nulldurchflussmengendaten, da das gepumpte Flüssigkeits-Teilvolumen entlang der horizontalen Achse 0 ist. In Abhängigkeit von dem Kraftstoffsystem, der HP-Pumpe und den anderen Komponenten ändert sich der Zwischenraum zwischen den realistischen Kurven, wie im Folgenden gesehen wird.
Weil die Punkte 453 oder die Achsenabschnitte 453 die Nulldurchflussmengendaten für eine spezielle HP-Pumpe repräsentieren, können sie in einer anderen graphischen Darstellung dargestellt werden. Jeder Achsenabschnitt (Schnittpunkt) enthält drei Werte, wobei ein Wert, das gepumpte Flüssigkeits-Teilvolumen = 0, unter allen Achsenabschnitten gemeinsam ist. Die anderen beiden Werte sind der HP-Arbeitszyklus und der Kraftstoffverteilerdruck. Deshalb können nun in 5 die Achsenabschnitte in einer graphischen Darstellung 500 dargestellt werden, die den Kraftstoffverteilerdruck als eine Funktion des Arbeitszyklus der HP-Pumpe zeigt. Die Achsenabschnitte 453 nach 4 sind in 5 als die Punkte 553 gezeigt. Wie durch die durch die Punkte 553 gebildete Linie ersichtlich ist, schneidet die graphische Darstellung 500 die horizontale Achse bei dem Achsenabschnitt 590, der in diesem Fall mit einem der Punkte 553 zusammentrifft, dem Punkt, der einem Kraftstoffverteilerdruck von 0 bar (428 in 4) entspricht. Die graphische Darstellung 500 kann außerdem als die Nullströmungsfunktion bezeichnet werden, weil die Punkte 553 einer Nulldurchflussmenge entsprechen. Die Nulldurchflussmengenfunktion ist eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffverteilerdruck und dem Arbeitszyklus der HP-Pumpe, wobei das gepumpte Flüssigkeits-Teilvolumen 0 ist. In 5 ist ein Ursprung 580 der graphischen Darstellung 500 beschriftet, wo der Ursprung mit dem Schnittpunkt der vertikalen und der horizontalen Achse oder FRP = 0 und Arbeitszyklus = 0 übereinstimmt. Im Idealfall würde der Achsenabschnitt 590 mit dem Ursprung 580 zusammenfallend liegen, wobei irgendeine Zunahme des Arbeitszyklus der Pumpe einer Zunahme des Kraftstoffverteilerdrucks entspricht. Wie jedoch in der graphischen Darstellung 500 (der Nulldurchflussmengenfunktion) ersichtlich ist, liegt der Achsenabschnitt 590 entlang der horizontalen Achse bei einem positiven Wert des Arbeitszyklus.
Aus der graphischen Darstellung 500, die außerdem als die Nullströmungsfunktion bekannt ist, weil die Punkte 553 einer Durchflussmenge von null entsprechen, kann ein Anstieg 560 der Nullströmungsfunktion bestimmt werden, weil die Punkte 553 entlang einer Linie liegen. Es sei angegeben, dass die Punkte 553 in realistischen Situationen nicht perfekt kollinear sein können und folglich zusätzliche Punkte 553 (die zusätzlichen Punkte 453 nach 4) bestimmt werden können und ein statistischer Prozess verwendet werden kann, um die beste lineare Anpassung für die Nullströmungsdaten zu finden. Wie in 5 ersichtlich ist, kann der Anstieg 560 unter Verwendung der Gleichung einer Linie unter Verwendung von zwei bekannten Punkten leicht gefunden werden. Die Erfinder haben hier erkannt, dass der Anstieg 560 zu dem Kompressionsmodul des Fluids, in diesem Fall des Kraftstoffs, der durch das Kraftstoffsystem gepumpt und eingespritzt wird, direkt proportional ist. In dem Fall, in dem Propan als der Kraftstoff verwendet wird, ist der Kompressionsmodul außerdem direkt zu seiner Dichte proportional, wenn es sich in der überkritischen Fluidphase befindet. Deshalb kann der Anstieg 560 verwendet werden, um die Dichte des überkritischen Propans zu finden, eine wichtige zu kennende Größe, da die Dichte des überkritischen Propans signifikant variieren kann.
Aus der graphischen Darstellung 500 kann der Anstieg 560 verwendet werden, um den Kompressionsmodul des gepumpten Kraftstoffs zu finden, der unter anderen ein Gemisch aus Benzin, Ethanol und Propan umfassen kann. Für den Prozess des Befehlens verschiedener Arbeitszyklen, um die Kraftstoffverteilerdrücke und die gepumpten Teilvolumina des flüssigen Kraftstoffs zu bestimmen, um den Anstieg 560 und deshalb den Kompressionsmodul aus den 4 und 5 wiederzugewinnen, können mehrere Bedingungen erfüllt sein, um zuverlässige Ergebnisse für den Kompressionsmodul zu erhalten. Zuerst kann die HP-Pumpe flüssigen Kraftstoff mit einer minimalen Menge von Kraftstoffdampf, vorzugsweise ohne Dampf, aufnehmen. Falls in die HP-Pumpe ein Flüssigkeits-Dampf-Kraftstoffgemisch aufgenommen würde, können die in den 4 und 5 erzeugten graphischen Darstellungen ungenau sein und dadurch zu Ungenauigkeiten des Anstiegs 560 und des resultierenden Kompressionsmoduls des Kraftstoffs führen. Außerdem kann es sein, dass die Betätigung des Überströmventils (des solenoidaktivierten Rückschlagventils), des Ventils, das die Kraftstoffströmung in den Verdichtungsraum 408 der Pumpe steuert, wiederholbar sein muss. Folglich kann es sein, dass irgendein verringerter Überstromventil-Strom (wiederkehrend) gesperrt werden muss.
Wie vorher erwähnt worden ist, ist die Kenntnis der Dichte des überkritischen Propans (die zu seinem Kompressionsmodul direkt proportional ist) während des Kraftmaschinenbetriebs wichtig, da sie sich während eines kurzen Zeitraums signifikant ändern kann. In den Kraftstoffsystemen, die flüssiges Propan verwenden, ist das kontinuierliche Bestimmen der Dichte des Propans, da es überkritisch werden kann, notwendig, um seine Einspritzung in die Kraftmaschine genau zu steuern. Außerdem ist in Kraftstoffgemischen, die eine Kombination aus Benzin, Propan und Ethanol verwenden, das Finden des Kompressionsmoduls ein effektives Verfahren, um das Verhältnis der Kraftstoffe in einem bestimmten Gemisch abzuleiten. Die Kenntnis des Kraftstoffverhältnisses zwischen zwei Kraftstoffen (wie z. B. Benzin und Propan) ist für die richtige Steuerung des Einlass-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses notwendig.
Nun wird ein praktisches Verfahren benötigt, um die Daten nach 5 und deshalb den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu finden. Das Verfahren muss an Bord des Fahrzeugs verwendet und kontinuierlich eingesetzt werden, um den Kompressionsmodul zu bestimmen. Die Erfinder haben hier erkannt, dass dies mit zwei Verfahren erreicht werden kann. Überall in den im Folgenden beschriebenen beiden Verfahren werden die Werte über Sensoren oder andere Vorrichtungen, die an den Controller 12 angeschlossen sind, bestimmt (aufgezeichnet).
6 veranschaulicht graphisch ein erstes Verfahren 600 zum Finden der Daten, die notwendig sind, um den Kompressionsmodul zu finden. Bei diesem Verfahren werden die Daten gesammelt, während kein Kraftstoff direkt in die Kraftmaschine eingespritzt wird, was außerdem als eine Nulleinspritzungs-Durchflussmenge bekannt ist. In Kraftmaschinen, die sowohl die Kraftstoff-Kanaleinspritzung als auch die Kraftstoff-Direkteinspritzung verwenden, wird die Kraftmaschine in einen stabilisierten Leerlaufzustand gesetzt, in dem kein Kraftstoff in den Kraftstoffverteiler gepumpt wird, der an die HP-Pumpe 228 gekoppelt ist. Das Verfahren 600 zeigt die befohlenen Änderungen des Arbeitszyklus der Pumpe in der graphischen Darstellung 601 und die reagierenden Änderungen des Kraftstoffverteilerdrucks in der graphischen Darstellung 602. In den graphischen Darstellungen 601 und 602 ist die Zeit entlang der horizontalen Achse dargestellt. Die graphische Darstellung 603 zeigt, wie sich der Kraftstoffverteilerdruck als eine Funktion des Arbeitszyklus der Pumpe ändert. Die graphische Darstellung 603 kann außerdem als die Nullströmungsfunktion bezeichnet werden, weil die graphische Darstellung 603 eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffverteilerdruck und dem Arbeitszyklus mit einer Durchflussmenge von 0 zeigt.
Der Ablauf der Ereignisse in Übereinstimmung mit dem Verfahren 600 nach 6 ist wie folgt: zuerst wird vor dem Zeitpunkt t1 der Arbeitszyklus der Pumpe normal gesteuert, wobei dadurch eine Reaktion des Kraftstoffverteilerdrucks erzeugt wird. Zum Zeitpunkt t1 wird ein erster Arbeitszyklus 621 der Pumpe befohlen und zusammen mit dem entsprechenden Kraftstoffverteilerdruck 631 aufgezeichnet. Nach dem Aufzeichnen der Werte wird der Arbeitszyklus zu 622 vergrößert und während eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 gehalten. Während dieses Intervalls reagiert der Kraftstoffverteilerdruck und nimmt im Vergleich zu der unmittelbaren Zunahme des Arbeitszyklus der Pumpe allmählich zu. Aufgrund der langsamen Reaktion des Kraftstoffverteilerdrucks kann das vor dem Durchführen der zweiten Aufzeichnungen zu wartende Zeitintervall 10 Sekunden betragen oder bis der Kraftstoffverteilerdruck einen stationären Wert erreicht. Nachdem ein Zeitintervall (wie z. B. 10 Sekunden) vergangen ist, wird der vergrößerte Arbeitszyklus 622 zusammen mit dem stationären Kraftstoffverteilerdruck 632 zum Zeitpunkt t2 aufgezeichnet. Der Arbeitszyklus wird abermals inkremental zu 623 vergrößert, wobei der gleiche Zeitraum vergeht, bevor der Arbeitszyklus 623 und der reagierende stationäre Kraftstoffverteilerdruck 633 zum Zeitpunkt t3 aufgezeichnet werden. Wie in 6 ersichtlich ist, wird der gleiche Prozess zu den Zeitpunkten t4 und t5 wiederholt. In diesem beispielhaften Verfahren werden fünf Datenpunkte aufgezeichnet, wobei jeder Datenpunkt einen Wert des Arbeitszyklus und einen Wert des Kraftstoffverteilerdrucks umfasst.
Weil jeder der Datenpunkte zwei Werte (den Arbeitszyklus und den Kraftstoffverteilerdruck) enthält, können die fünf Datenpunkte in der separaten graphischen Darstellung 603 dargestellt werden, wobei der Arbeitszyklus der HP-Pumpe die horizontale Achse ist und der Kraftstoffverteilerdruck die vertikale Achse ist. Jeder Datenpunkt wird als sein entsprechender Punkt in der graphischen Darstellung 603 dargestellt. Der Datenpunkt, der den Arbeitszyklus 621 und den Kraftstoffverteilerdruck 631 enthält, wird z. B. als der Punkt 641 in der graphischen Darstellung 603 dargestellt, wie durch den Pfeil 640 bestimmt ist. Ähnlich zu 5 kann aus der graphischen Darstellung 603 ein Anstieg 687 bestimmt werden. Wie in 6 ersichtlich ist, ist die graphische Darstellung 603 oder die Nullströmungsfunktion zu der graphischen Darstellung 500 nach 5 ähnlich, jedoch mit einem Schlüsselunterschied. Der Schlüsselunterschied ist, dass in der graphischen Darstellung 603 ein Punkt mit einem Kraftstoffverteilerdruck von 0 nicht vorhanden ist. Der Grund dafür ist, dass einige Kraftstoffsysteme einen niedrigeren Schwellenwert für den Kraftstoffverteilerdruck implementieren und es der DI-Pumpe nicht ermöglichen, unter diesem Schwellenwert zu arbeiten, selbst während eines Nulldurchflussmengenmodus. In diesem Fall ist der niedrigste Kraftstoffverteilerdruck als der Punkt 641 gezeigt. Weil die Punkte 641, 642, 643, 644 und 645 entlang einer Geraden liegen, kann die Gerade dennoch in Übereinstimmung mit dem Anstieg 687 verlängert werden, wobei sie die horizontale Achse an dem Achsenabschnitt 690 trifft. Wie bezüglich 5 erklärt worden ist, kann der Anstieg 687 verwendet werden, um den Kompressionsmodul des gepumpten Kraftstoffs zu finden.
In 7 ist ein zweites Verfahren 700 zum Finden der Daten, die zum Bestimmen des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs notwendig sind, graphisch gezeigt. Bei diesem Verfahren werden im Gegensatz zu dem Verfahren 600, bei dem die Direkteinspritzung gesperrt ist, um die Daten zu sammeln, die Daten während der normalen Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Kraftmaschine und des Aufrechterhaltens einer positiven Durchflussmenge gesammelt. Das Verfahren 700 verwendet eine Folge ausgewählter Arbeitspunkte der HP-Pumpe, führt mit diesen Punkten eine Regression aus, um die Achsenabschnitte zu finden, und stellt die Achsenabschnitte in einer separaten graphischen Darstellung dar. Das Verfahren 700 zeigt eine Abbildung mehrerer Arbeitspunkte der HP-Pumpe in der graphischen Darstellung 701, während die graphische Darstellung 702 zeigt, wie sich der Kraftstoffverteilerdruck als eine Funktion des Arbeitszyklus der Pumpe ändert. Die graphische Darstellung 702 kann außerdem (ähnlich zu der graphischen Darstellung 603) als die Nullströmungsfunktion bezeichnet werden, weil die graphische Darstellung 702 eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffverteilerdruck und dem Arbeitszyklus mit einer Durchflussmenge von 0 ist. Die graphische Darstellung 701, die ein gepumptes Teilvolumen der Flüssigkeit (des Kraftstoffs) gegen den Arbeitszyklus der Pumpe zeigt, ist zu der in 4 gezeigten graphischen Darstellung 400 ähnlich.
Der Ablauf der Ereignisse in Übereinstimmung mit dem Verfahren 700 nach 7 ist wie folgt: zuerst wird bei einem bestimmten FRP, in diesem Fall 25 bar, wie in der Legende 770 ersichtlich ist, ein Arbeitspunkt 741 gewählt. Ein weiterer Arbeitspunkt 751 wird bei dem gleichen FRP (25 bar), aber einem anderen Arbeitszyklus und einem anderen gepumpten Flüssigkeits-Teilvolumen gewählt, so dass die beiden Arbeitspunkte 741 und 751 entlang einer durch den FRP definierten gemeinsamen Linie liegen. Physisch ist dies als das Wählen eines Ziel-FRP und eines Ziel-Arbeitszyklus für die HP-Pumpe, bei denen zu arbeiten ist, und dann das Aufzeichnen des gepumpten reagierenden Flüssigkeits-Teilvolumens implementiert, was zu dem Punkt 741 führt. Als Nächstes wird der Arbeitszyklus der Pumpe eingestellt, während derselbe FRP aufrechterhalten wird, so dass ein zweiter Arbeitspunkt 751 aufgezeichnet werden kann, der einem anderen gepumpten Flüssigkeits-Teilvolumen entspricht. Weil die beiden Punkte eine Linie definieren, kann aus der graphischen Position der Punkte 741 und 751 (einem Paar von Arbeitspunkten) ein Anstieg 730 berechnet werden. Unter Verwendung der Gleichung der durch den FRP (25 bar) definierten Linie kann ein Punkt 761 als der Punkt berechnet (extrapoliert oder durch Regression erhalten) werden, an dem die Linie die horizontale Achse kreuzt oder wenn das gepumpte Flüssigkeits-Teilvolumen 0 ist (die Nulldurchflussmengendaten). Der Punkt 761 ist außerdem basierend auf einem bekannten Linienanstieg (dem Anstieg 730) als ein Achsenabschnitt der horizontalen Achse bezeichnet, der einem Punkt der Nulldurchflussmengendaten entspricht. In einer ähnlichen Weise können andere Paare von Arbeitspunkten, die einem anderen FRP zugeordnet sind (wie in der Legende 770 gezeigt ist), einschließlich 742, 752; 743, 753; 744, 754; 745 und 755, die einen Datensatz bilden, durch die HP-Pumpe befohlen und verwendet werden, um die Achsenabschnitte 762, 763, 764 und 765 zu finden. Jeder Arbeitspunkt (742, 752 usw.) besteht aus einem Arbeitszyklus, einem Kraftstoffverteilerdruck und einem gepumpten Teilvolumen. Außerdem ist der Anstieg 730 ein Anstieg des Datensatzes und kann für jedes Paar von Arbeitspunkten der gleiche sein.
Weil die Achsenabschnitte 761, 762, 763, 764 und 765 die Nulldurchflussmengendaten der HP-Pumpe repräsentieren, können diese Achsenabschnitte in einer separaten graphischen Darstellung 702 dargestellt werden. Der Achsenabschnitt 761, der drei Werte (den Arbeitszyklus, den FRP und das gepumpte Volumen von 0) enthält, kann z. B. in der graphischen Darstellung 702 als der Punkt 771 dargestellt sein, wie durch den Pfeil 740 bestimmt ist. Dieser gleiche Prozess kann für das Darstellen der anderen Punkte der graphischen Darstellung 702, einschließlich der Punkte 772, 773, 774 und 775, angewendet werden. Ähnlich zu 6 kann aus der durch die fünf Punkte gebildeten Linie ein Anstieg 787 bestimmt werden. Numerisch kann der Anstieg 787 unter Verwendung einer Form der Gleichung einer Linie gefunden werden. Wie ersichtlich ist, sind für einen FRP von 0 keine Daten verfügbar, wie es bei einigen Kraftstoffsystemen der Fall sein kann. In 7 ist der niedrigste FRP durch den Punkt 771 gezeigt. Deshalb kann die durch die fünf Datenpunkte mit dem Anstieg 787 definierte Linie verlängert werden, um die horizontale Achse am Achsenabschnitt 790 zu treffen. Wie vorher erklärt worden ist, kann der Anstieg 787 verwendet werden, um den Kompressionsmodul des gepumpten Kraftstoffs zu bestimmen.
Wie vorher erwähnt worden ist, kann stromaufwärts der Hochdruckpumpe ein Überströmventil angekoppelt sein, um die Kraftstoffströmung in den Verdichtungsraum 408 der Pumpe zu steuern. Als solcher wird ein Controller oder ein anderer Typ einer Computervorrichtung verwendet, um die Zeitsteuerung des Überströmventils in Bezug auf die Bewegung des Pumpenkolbens zu steuern. Das Überströmventil kann jedoch mit dem Antriebsnocken nicht synchron werden, was eine falsche Zeitsteuerung zwischen der Betätigung des Überströmventils und der Bewegung des Pumpenkolbens verursacht. Dieses Ereignis ist als ein Zeitsteuerungsfehler des Überströmventils bekannt. Falls während der obenerwähnten Berechnungsverfahren ein Zeitsteuerungsfehler des Überströmventils vorhanden ist, können die Nullströmungsfunktionen 603 und 702 in der horizontalen Richtung verschoben sein, so dass die Achsenabschnitte 690 und 790 näher zu der oder weiter weg von der vertikalen Achse verschoben sind. Bei den beiden vorgeschlagenen Berechnungsverfahren besitzt das Vorhandensein eines Zeitsteuerungsfehlers des Überströmventils keine Auswirkung auf den bestimmten Kompressionsmodul. Wie in den 6 und 7 ersichtlich ist, würden, falls die Datenpunkte der Nullströmungsfunktionen in Übereinstimmung mit einem Ventilzeitsteuerungsfehler verschoben wären, die Anstiege 687 und 787 die gleichen bleiben. In anderen Verfahren, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu finden, kann ein Zeitsteuerungsfehler des Überströmventils den bestimmten Kompressionsmodul beeinflussen.
Das erste und das zweite Verfahren, wie sie in den 6 und 7 graphisch gezeigt sind, nutzen ähnliche Prozesse zum Finden der Anstiege 687 und 787 aus den graphischen Darstellungen 603 bzw. 702 gemeinsam, wobei sie sich aber in ihren Prozessen zum Finden der Punkte, die die Linien der Nullströmungsfunktionen 603 und 702 definieren, unterscheiden. Die Ablaufpläne, die die Prozesse des ersten und des zweiten Verfahrens veranschaulichen, sind in den 8 und 9 ersichtlich.
8 zeigt den Ablaufplan für das erste Berechnungsverfahren 800. Beginnend bei 801 wird eine Anzahl von Betriebsbedingungen für das Kraftstoff- und Kraftmaschinensystem bestimmt. Diese variieren in Abhängigkeit von dem System und können Faktoren, wie z. B. die aktuelle Kraftmaschinendrehzahl, (wie sie auf den Antriebsnocken 410 bezogen ist), den Kraftstoffbedarf der Kraftmaschine, die Aufladung, das vom Fahrer angeforderte Drehmoment, die Kraftmaschinentemperatur, die Luftladung usw., enthalten. Zweitens beendet bei 802 die HP-Pumpe die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die Kraftmaschine, wobei die Kraftmaschine in einen stabilisierten Leerlaufzustand gesetzt wird. In einigen Kraftmaschinensystemen kann der Leerlaufzustand das Einspritzen von Kraftstoff nur über Kanaleinspritzung umfassen. In diesem Zustand ist die HP-Pumpe immer noch betriebsbereit, wobei sie sich aber in einem Nullströmungszustand befindet, der das Schmieren der Pumpe umfassen kann, um die Pumpenverschlechterung zu verringern. Nachdem ein Leerlaufzustand hergestellt worden ist, wird bei 803 ein Arbeitszyklus befohlen. Obwohl der Arbeitszyklus nahezu sofort geändert werden kann (wie durch die graphische Darstellung 601 in 6 gezeigt ist), ändert sich der reagierende FRP allmählich. Nach dem Warten eines Zeitintervalls bei 804, das von dem speziellen Kraftmaschinen- und Kraftstoffsystem abhängen kann, wird bei 805 der reagierende, stationäre FRP bestimmt (aufgezeichnet). Bei 806 muss eine Endbedingung erfüllt sein, um zum nächsten Schritt weiterzugehen. Die Endbedingung kann eine minimale gesammelte Datenmenge sein, wobei jeder Datenpunkt einen Arbeitszyklus und einen FRP umfasst. Alternativ kann die Endbedingung ein minimaler Betrag der vergangenen Zeit für das Sammeln der Daten sein oder bis ein oberer Schwellenwert des Arbeitszyklus erreicht ist. Bevor diese Bedingung erfüllt ist, können mehrere Schritte wiederholt werden, wie in 8 ersichtlich ist, um mehr Daten zu sammeln, jede mit einem kontinuierlich zunehmenden befohlenen Arbeitszyklus. Sobald die Endbedingung erfüllt ist, werden die gesammelten Daten bei 807 in einer graphischen Darstellung der Nullströmung dargestellt, wobei die horizontale Achse der Arbeitszyklus ist und die vertikale Achse der FRP ist. Schließlich werden die graphisch dargestellten Nullströmungsdaten verwendet, um bei 808 den Anstieg der Nullströmungsfunktion zu finden, wobei der Anstieg verwendet wird, um bei 809 den Kompressionsmodul des gepumpten Kraftstoffs zu finden. Es sei angegeben, dass das Sammeln von mehr Datenpunkten in den Schritten 803-805 die Genauigkeit der durch diese Datenpunkte gebildeten Linie vergrößern kann, wie sie im Schritt 807 graphisch dargestellt wird.
9 zeigt den Ablaufplan für das zweite Berechnungsverfahren 900. Beginnend bei 901 wird eine Anzahl von Betriebsbedingungen für das Kraftstoff- und Kraftmaschinensystem bestimmt. Diese variieren in Abhängigkeit von dem System und können Faktoren, wie z. B. die aktuelle Kraftmaschinendrehzahl, (wie sie auf den Antriebsnocken 410 bezogen ist), den Kraftstoffbedarf der Kraftmaschine, die Aufladung, das vom Fahrer angeforderte Drehmoment, die Kraftmaschinentemperatur, die Luftladung usw., enthalten. Zweitens wird bei 902 die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die Kraftmaschine durch die HP-Pumpe aufrechterhalten, wobei dadurch eine positive Kraftstoff-Durchflussmenge erzeugt wird. Als Nächstes wird bei 903 ein FRP gewählt und wird ein Arbeitszyklus befohlen, während das reagierende gepumpte Teilvolumen des flüssigen Kraftstoffs aufgezeichnet wird. Weil ein weiterer Arbeitspunkt benötigt wird, um eine Linie zu definieren, wird bei 904 ein zweiter Arbeitszyklus befohlen und wird das gepumpte Kraftstoffvolumen abermals aufgezeichnet, während derselbe FRP aufrechterhalten wird. Es sei angegeben, dass bei demselben FRP zusätzliche Arbeitspunkte gesammelt werden können. Aus diesen Arbeitspunkten wird eine Linie definiert, an der eine Regression ausgeführt wird, um bei 905 die Achsenabschnitte der Nullströmung zu finden. Bei 906 muss eine Endbedingung erfüllt sein, um zum nächsten Schritt weiterzugehen. Die Endbedingung kann eine minimale Anzahl getesteter Kraftstoffverteilerdrücke oder ein minimaler Betrag der vergangenen Zeit zum Sammeln der Daten sein. Bevor diese Bedingung erfüllt ist, können mehrere Schritte wiederholt werden, wie in 9 ersichtlich ist, um mehr Daten zu sammeln, jede mit einem kontinuierlich zunehmenden FRP und/oder befohlenen Arbeitszyklus. Sobald die Endbedingung erfüllt ist, werden die gesammelten Daten bei 907 in einer graphischen Darstellung der Nullströmung dargestellt, wobei die horizontale Achse der Arbeitszyklus ist und die vertikale Achse der FRP ist. Die Schritte 907-909 sind zu den Schritten 807-809 nach 8 völlig gleich. Nach dem Finden des Anstiegs der Nullströmungsfunktion bei 908 werden die Daten verwendet, um bei 909 den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu bestimmen. Es sei angegeben, dass das Sammeln von mehr Datenpunkten in den Schritten 903-905 die Genauigkeit der durch diese Datenpunkte gebildeten Linie vergrößern kann, wie sie im Schritt 907 graphisch dargestellt wird.
Die Prozesse 800 und 900, wie sie durch die Ablaufpläne in den 8 und 9 beschrieben sind, können in Übereinstimmung mit einem äußeren Steuerschema des Controllers 12 wiederholt werden. Als ein Beispiel können die Prozesse 800 und 900 einmal in jedem vorgegebenen Zeitintervall, wie z. B. 30 Sekunden, eingeleitet werden. In einem weiteren Beispiel können die Prozesse eingeleitet werden, falls sich die Drosselklappe um einen minimalen Schwellenbetrag ändert. Wie ersichtlich ist, gibt es eine Anzahl von Möglichkeiten, um zu bestimmen, wann die Berechnungsverfahren nach den 8 und 9 wiederholt werden.
Es sei angegeben, dass das erste Berechnungsverfahren 800 nach 8 eine direktere Herangehensweise zum Finden der graphischen Darstellung der Nullströmung bei 807 (der Nullströmungsfunktion 603 nach 6) als das Finden der graphischen Darstellung der Nullströmung bei 907 nach 9 (der Nullströmungsfunktion 702 nach 7) in Übereinstimmung mit dem zweiten Berechnungsverfahren 900 ist. Der Grund ist, dass die DI-Pumpe beim ersten Berechnungsverfahren bereits mit einer Nulldurchflussmenge arbeitet, wohingegen für das zweite Berechnungsverfahren eine positive Durchflussmenge vorhanden ist. Bei dem ersten Berechnungsverfahren kann sich jedoch das Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t1, t2, t3, t4 und t5 zu einem langen Zeitraum zum Finden der Nulldurchflussmengendaten der graphischen Darstellung 603 summieren. Das zweite Verfahren kann aufgrund des Extrapolierens der Daten einen geringeren Zeitraum als das erste Berechnungsverfahren erfordern, wobei aber der Extrapolationsprozess selbst (die Regression) komplexer als die in dem ersten Verfahren erforderlichen Schritte sein kann.
Es wird erkannt, dass die in den 8 und 9 beschriebenen beiden Berechnungsverfahren, wie sie durch die graphischen Darstellungen in den 6 bzw. 7 gezeigt sind, so gemeint sind, dass sie das allgemeine Konzept des Einstellens des Arbeitszyklus der Pumpe (der Zeitsteuerung des Überlaufventils) darstellen, um die Beziehung zwischen dem Arbeitszyklus der Pumpe und dem FRP in einem nicht einschränkenden Sinn zu quantifizieren. Verschiedene Aspekte der beiden Berechnungsverfahren können modifiziert werden, während immer noch die Beziehung gefunden wird, die notwendig ist, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu bestimmen. In 6 sind z. B. fünf Arbeitspunkte verwendet worden, während diese Anzahl in Abhängigkeit von dem speziellen Kraftstoffsystem variieren kann. Außerdem können die in 7 verwendeten Drücke, die durch die Legende 770 gezeigt sind, in einer ähnlichen Weise geändert werden. Die Berechnungsverfahren können modifiziert werden, um sich für ein spezielles Kraftstoffsystem besser zu eignen, während demselben allgemeinen Schema gefolgt wird, wie vorher erklärt worden ist.
Auf diese Weise kann der Kompressionsmodul des Kraftstoffs an Bord des Fahrzeugs in einer kontinuierlichen Weise in Erfahrung gebracht werden. Die oben beschriebenen Kompressionsmodul-Berechnungsverfahren können von Sensoren und anderen Komponenten abhängen, die bereits vorhanden sind, ohne die Verwendung zusätzlicher Drucksensoren zu erfordern. Als solche können die Kosten des Kraftstoffsystems im Vergleich zu anderen Berechnungsverfahren verringert werden, die zusätzliche Komponenten erfordern können. Außerdem können die vorher erklärten Kompressionsmodul-Berechnungsverfahren während der normalen Betriebsmodi die durch das Kraftstoffsystem erzeugten Daten überwachen und analysieren, während das Kraftstoffsystem Kraftstoff in die Kraftmaschine einspritzt. Indem das Kraftstoffsystem nicht invasiv unterbrochen wird, können die Berechnungsverfahren (800 und 900) ausgeführt werden, um den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zu erhalten, während die normale Kraftstoffpumpenleistung aufrechterhalten wird.
Es sei angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein. 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 solche können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen und/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 beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Einstellen des Arbeitszyklus einer Hochdruckpumpe, um einen Kompressionsmodul eines Kraftstoffs basierend auf einer Nullströmungsfunktion für die Hochdruckpumpe zu messen, wobei der Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe gepumpt wird und die Nullströmungsfunktion auf einer Änderung des Arbeitszyklus der Pumpe bezüglich einer resultierenden Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks basiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Nullströmungsfunktion für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe Folgendes enthält: Befehlen eines ersten Arbeitszyklus der Pumpe, während kein Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird und während sich die Kraftmaschine in einem stabilisierten Leerlaufzustand befindet; Warten, bis der Kraftstoffverteilerdruck einen stationären Wert erreicht und dann Bestimmen eines ersten Kraftstoffverteilerdrucks; dann Befehlen eines zweiten, höheren Arbeitszyklus der Pumpe und Bestimmen eines zweiten Kraftstoffverteilerdrucks; und weiterhin inkrementales Vergrößern des Arbeitszyklus der Pumpe und Bestimmen des Kraftstoffverteilerdrucks, bis ein oberer Schwellenwert des Arbeitszyklus erreicht ist.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Einstellen des Arbeitszyklus einer Hochdruckpumpe, um einen Kompressionsmodul eines Kraftstoffs basierend auf einer Nullströmungsfunktion für die Hochdruckpumpe zu messen, wobei der Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe gepumpt wird und die Nullströmungsfunktion auf einer Änderung des Arbeitszyklus der Pumpe bezüglich einer resultierenden Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks basiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Nullströmungsfunktion für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe Folgendes enthält: Befehlen einer Vielzahl von Arbeitszyklen der Pumpe, die einer Vielzahl von Kraftstoffverteilerdrücken entsprechen, während Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird, um eine positive Kraftstoffdurchflussmenge aufrechtzuerhalten, und Bestimmen eines reagierenden Teilvolumens des gepumpten flüssigen Kraftstoffs und dadurch Bilden eines Datensatzes, wobei der Datensatz eine Vielzahl von Arbeitspunkten umfasst, wobei jeder Arbeitspunkt aus einem Arbeitszyklus, einem Kraftstoffverteilerdruck und einem gepumpten Teilvolumen besteht; und Bestimmen einer Vielzahl von Achsenabschnitten der horizontalen Achse, die den Nulldurchflussmengendaten entsprechen, basierend auf einem bekannten Linienanstieg.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der bekannte Linienanstieg ein Anstieg des Datensatzes ist, wobei eine vertikale Achse das gepumpte Teilvolumen des flüssigen Kraftstoffs ist und eine horizontale Achse der Arbeitszyklus der Pumpe ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Arbeitszyklus der Hochdruckpumpe ein Maß einer Schließzeit eines solenoidaktivierten Rückschlagventils ist, das eine durch die Hochdruckpumpe in den Kraftstoffverteiler gepumpte Kraftstoffmenge steuert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei irgendein verringerter Strom des solenoidaktivierten Rückschlagventils gesperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hochdruck-Kraftstoffpumpe flüssigen Kraftstoff ohne Kraftstoffdampf aufnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kraftstoff ein Gemisch aus Ethanol und Benzin, ein Gemisch aus Propan und Benzin oder flüssiges Propan ist.
Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine; eine Kraftstoff-Direkteinspritzdüse, die dafür ausgelegt ist, Kraftstoff direkt in die Kraftmaschine einzuspritzen; einen Kraftstoffverteiler, der fluidtechnisch an die Kraftstoff-Direkteinspritzdüse gekoppelt ist; eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die fluidtechnisch an den Kraftstoffverteiler gekoppelt ist; einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Einstellen des Arbeitszyklus einer Hochdruckpumpe, um einen Kompressionsmodul eines Kraftstoffs basierend auf einer Nullströmungsfunktion für die Hochdruckpumpe zu messen, wobei der Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe gepumpt wird und die Nullströmungsfunktion auf einer Änderung des Arbeitszyklus der Pumpe bezüglich einer resultierenden Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks basiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Nullströmungsfunktion für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe Folgendes enthält: Befehlen eines ersten Arbeitszyklus der Pumpe, während kein Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird und während sich die Kraftmaschine in einem stabilisierten Leerlaufzustand befindet; Warten, bis der Kraftstoffverteilerdruck einen stationären Wert erreicht und dann Bestimmen eines ersten Kraftstoffverteilerdrucks; dann Befehlen eines zweiten, höheren Arbeitszyklus der Pumpe und Bestimmen eines zweiten Kraftstoffverteilerdrucks; und weiterhin inkrementales Vergrößern des Arbeitszyklus der Pumpe und Bestimmen des Kraftstoffverteilerdrucks, bis ein oberer Schwellenwert des Arbeitszyklus erreicht ist.
Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine; eine Kraftstoff-Direkteinspritzdüse, die dafür ausgelegt ist, Kraftstoff direkt in die Kraftmaschine einzuspritzen; einen Kraftstoffverteiler, der fluidtechnisch an die Kraftstoff-Direkteinspritzdüse gekoppelt ist; eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die fluidtechnisch an den Kraftstoffverteiler gekoppelt ist; einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Einstellen des Arbeitszyklus einer Hochdruckpumpe, um einen Kompressionsmodul eines Kraftstoffs basierend auf einer Nullströmungsfunktion für die Hochdruckpumpe zu messen, wobei der Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe gepumpt wird und die Nullströmungsfunktion auf einer Änderung des Arbeitszyklus der Pumpe bezüglich einer resultierenden Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks basiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Nullströmungsfunktion für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe Folgendes enthält: Befehlen einer Vielzahl von Arbeitszyklen der Pumpe, die einer Vielzahl von Kraftstoffverteilerdrücken entsprechen, während Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird, um eine positive Kraftstoffdurchflussmenge aufrechtzuerhalten, und Bestimmen eines reagierenden Teilvolumens des gepumpten flüssigen Kraftstoffs und dadurch Bilden eines Datensatzes, wobei der Datensatz eine Vielzahl von Arbeitspunkten umfasst, wobei jeder Arbeitspunkt aus einem Arbeitszyklus, einem Kraftstoffverteilerdruck und einem gepumpten Teilvolumen besteht; und Bestimmen einer Vielzahl von Achsenabschnitten der horizontalen Achse, die den Nulldurchflussmengendaten entsprechen, basierend auf einem bekannten Linienanstieg.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 9, wobei der bekannte Linienanstieg ein Anstieg des Datensatzes ist, wobei eine vertikale Achse das gepumpte Teilvolumen des flüssigen Kraftstoffs ist und eine horizontale Achse der Arbeitszyklus der Pumpe ist.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Arbeitszyklus der Hochdruckpumpe ein Maß einer Schließzeit eines solenoidaktivierten Rückschlagventils ist, das eine durch die Hochdruckpumpe in den Kraftstoffverteiler gepumpte Kraftstoffmenge steuert.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 11, wobei irgendein verringerter Strom des solenoidaktivierten Rückschlagventils gesperrt ist.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Hochdruck-Kraftstoffpumpe flüssigen Kraftstoff ohne Kraftstoffdampf aufnimmt.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Kraftstoff ein Gemisch aus Ethanol und Benzin, ein Gemisch aus Propan und Benzin oder flüssiges Propan ist.
Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen einer Beziehung zwischen dem Arbeitszyklus einer Hochdruckpumpe und dem Kraftstoffverteilerdruck, während über eine Hochdruckpumpe kein Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird und während sich die Kraftmaschine in einem stabilisierten Leerlaufzustand befindet; und Finden eines Anstiegs aus der Beziehung, um einen Kompressionsmodul eines Kraftstoffs zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bestimmen der Beziehung Folgendes enthält: inkrementales Vergrößern des Arbeitszyklus der Pumpe und Warten während eines Zeitraums vor dem Messen eines reagierenden Kraftstoffverteilerdrucks für jeden Arbeitszyklus der Pumpe; und weiterhin inkrementales Vergrößern des Arbeitszyklus der Pumpe, bis ein oberer Schwellenwert des Arbeitszyklus erreicht ist.
Kraftmaschinenverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftmaschinenverfahren Folgendes umfasst: Bestimmen einer Beziehung zwischen dem Arbeitszyklus einer Hochdruckpumpe und dem Kraftstoffverteilerdruck, während Kraftstoff direkt in eine Kraftmaschine eingespritzt wird, um eine positive Kraftstoffdurchflussmenge aufrechtzuerhalten; und Finden eines Anstiegs aus der Beziehung, um einen Kompressionsmodul eines Kraftstoffs zu bestimmen.
Kraftmaschinenverfahren nach Anspruch 17, wobei das Bestimmen der Beziehung ferner Folgendes umfasst: Auswählen einer Vielzahl von Arbeitspunkten, wobei jeder Arbeitspunkt einen Arbeitszyklus der Pumpe und einen Kraftstoffverteilerdruck, der einem gepumpten Kraftstoff-Teilvolumen entspricht, enthält; Ausführen einer Regression für jeden Arbeitspunkt, um eine Vielzahl von Schnittpunkten mit einer horizontalen Achse zu finden; und Darstellen der Schnittpunkte in einer graphischen Darstellung.