DE102015202862A1 - Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung - Google Patents

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Joseph Lyle Thomas
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einen mit einem dualen Einspritzsystem mit einem Einlasskanal-Einspritzventil und einem Direkt-Einspritzventil ausgerüsteten Verbrennungsmotor beschrieben. Ein Verhältnis von in den Einlasskanal eingespritztem zu direkteingespritztem Kraftstoff wird basierend auf zumindest der Einlassventiltemperatur eingestellt. Das Verhältnis von in einen Zylinder über den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff wird mit steigender Einlassventiltemperatur für den jeweiligen Zylinder erhöht, um die Kraftstoffverdampfung im Einlassventil zu verbessern.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in ein Verbrennungsmotorsystem, das sowohl mit Einlasskanal- als auch Direkteinspritzung ausgestaltet ist.
  • Verbrennungsmotoren können mit Direkt-Einspritzventilen ausgestaltet sein, die Kraftstoff direkt in einen Verbrennungszylinder einspritzen (Direkteinspritzung) und/oder mit Einlasskanal-Einspritzventilen, die Kraftstoff in einen Zylindereinlasskanal einspritzen (Einlasskanaleinspritzung). Die Direkteinspritzung bietet eine höhere Kraftstoffeffizienz und höhere Leistungsabgabe und ermöglicht außerdem eine Ladungskühlwirkung des eingespritzten Kraftstoffs. Direkt eingespritzte Verbrennungsmotoren weisen jedoch gewöhnlich aufgrund einer diffusen Flammenausbreitung, bei der sich der Kraftstoff vor der Verbrennung nicht ausreichend mit Luft durchmischen kann, höhere Partikelemissionen (oder Ruß) auf. Die Einlasskanaleinspritzung stellt gewöhnlich aufgrund der besseren Durchmischung sauberere Emissionen und hohe Leistung bei niedrigen Lasten bereit. Bei Verbrennungsmotorsystemen, die mit je einem mit jedem Motorzylinder gekoppelten Einlasskanal-Einspritzventil und Direkt-Einspritzventil ausgestattet sind, kann ein einem jeweiligen Zylinder per Einlasskanaleinspritzung und Direkteinspritzung zugeführtes Kraftstoff(e)verhältnis verändert werden.
  • Ein Lösungsansatzbeispiel wird von Bidner et al in der US 8100107 gezeigt. Dort wird ein geteiltes Einspritzungsverhältnis eingestellt, um Partikelemissionen zu reduzieren. Insbesondere werden bei ausgewählten Betriebsbedingungen wie bei höheren Motordrehzahlen und -lasten ein kleinerer Anteil von Einlasskanaleinspritzung und ein größerer Anteil von Direkteinspritzung verwendet, um die höhere Leistungsabgabe der genaueren Direkteinspritzung sowie die Ladungskühlungseigenschaften des direkt eingespritzten Kraftstoffs auszunutzen. Demgegenüber kann bei niedrigeren Motordrehzahlen und -lasten ein höherer Anteil von Einlasskanaleinspritzung verwendet werden.
  • Die Erfinder haben hier allerdings mögliche Probleme mit einem solchen Lösungsansatz erkannt. Die mit der Einlasskanaleinspritzung verbundenen Vorteile können eine Funktion der Einlassventiltemperatur sein. Insbesondere wird die Einlasskanaleinspritzung dazu verwendet, Kraftstoffersparnisvorteile aufgrund eines erhöhten Krümmerdrucks zu verbessern, der sich aus im Einlasskanal des Zylinders verdampftem Kraftstoff durch Absorption von Wärme von den Einlassventilen ergibt. Die Verdampfung des über den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs zerstäubt den Kraftstoff sehr gut, wodurch sich die Partikelemissionen verringern. In Betriebsbereichen mit niedriger Motordrehzahl/Last können jedoch Bedingungen vorliegen, in denen die Einlassventiltemperatur nicht warm genug ist. Außerdem kann die Einlassventiltemperatur von Zylinder zu Zylinder beträchtlich variieren. Falls ein höherer Anteil von Einlasskanaleinspritzung für einen Zylinder geplant wird, dessen Einlassventil nicht warm genug ist, können sich die Partikelemissionen sogar erhöhen. Dies führt dazu, dass auch bei der Verlagerung zu mehr Einlasskanaleinspritzung, die Partikelemissionen nicht soweit reduziert werden, dass sie die vorgeschriebenen niedrigen Partikelausstoßnormen erfüllen. Außerdem kann, aufgrund ineffizienter Kraftstoffverdampfung, die Motorleistung vermindert werden.
  • Bei einem Beispiel dazu können einige der obigen Probleme durch ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor in Angriff genommen werden, das umfasst, ein einem Zylinder über Direkteinspritzung relativ zu Einlasskanaleinspritzung zugeführtes Kraftstoffverhältnis basierend auf einer Temperatur eines Einlassventils des Zylinders einzustellen. Auf diese Weise kann unter Bedingungen, in denen Einlasskanaleinspritzungsvorteile angewandt werden können, die Einlasskanaleinspritzung aktiviert werden.
  • Beispielsweise kann ein Verbrennungsmotorsystem mit je einem mit jedem Zylinder gekoppelten Einlasskanal-Einspritzventil und Direkt-Einspritzventil ausgestaltet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Einlasskanal-Einspritzventil einen Kraftstoff mit einer anderen Zusammensetzung und einem anderen Alkoholgehalt als dem über das Direkt-Einspritzventil zugeführten abgeben. Eine Motorsteuerung kann ausgestaltet sein, basierend auf Betriebsbedingungen wie Motordrehzahl, Verbrennungszahl, Abgaskatalysatortemperatur (z.B. falls es sich um einen Heißstart oder einen Kaltstart handelt), usw. ein Kraftstoffeinspritzungsprofil für alle Motorzylinder zu erstellen. Zum Beispiel kann bei einem Motorkaltstart für eine erste Zahl von Verbrennungen ab dem Motorstart das anfängliche Kraftstoffeinspritzungsprofil einen höheren Anteil von über Direkteinspritzung relativ zu Einlasskanaleinspritzung zugeführtem Kraftstoff umfassen. Von daher kann das anfängliche Kraftstoffeinspritzventil allen Motorzylindern gemeinsam sein.
  • Die Motorsteuerung kann dann die anfängliche Kraftstoffeinspritzung für jeden Motorzylinder basierend auf individuellen Zylindereinlassventiltemperaturen modifizieren. Zum Beispiel kann der Anteil des über Einlasskanaleinspritzung zugeführten Kraftstoffs bei steigender Einlassventiltemperatur (d.h. wenn diese einen Schwellenwert übersteigt) erhöht werden, um die Vorteile der Einlasskanaleinspritzung zu vergrößern. Außerdem kann eine Zeitsteuerung einer Einlasskanaleinspritzung von Kraftstoff mit zunehmender Temperatur mehr zur Einlassventilöffnung hin verschoben werden. Der Anteil kann auch basierend darauf eingestellt werden, dass der Kraftstoff in den Einlasskanal eingespritzt wird, um die Verdampfung des Kraftstoffs zu erhöhen. Infolge der zylinderspezifischen Konfektionierung des Kraftstoffeinspritzungsprofils können Zylinder, die eine niedrigere Einlassventiltemperatur haben mit einer relativ kleineren Menge an Einlasskanaleinspritzung arbeiten und andere Zylinder, die eine höhere Einlassventiltemperatur haben, mit einer relativ größeren Menge an Einlasskanaleinspritzung. Sobald eine Schwellenwert-Motordrehzahl (d.h. Leerlaufdrehzahl) erreicht ist, können alle Zylinder in ein Leerlaufeinspritzungsprofil übergeleitet werden.
  • Auf diese Weise kann die Routine für ein Einlasskanal-Einspritzventil basierend auf der Einlassventiltemperatur eines Zylinders eingestellt werden, um die Vorteile der Einlasskanaleinspritzung zu verbessern. Dadurch, dass bei steigender Einlassventiltemperatur der über das Einlasskanal-Einspritzventil zugeführte Kraftstoffanteil erhöht wird, wird die im Einlasskanal verdampfte und homogenisierte Menge an Kraftstoff erhöht. Außerdem reduziert sich die für die Verdampfung des Kraftstoffs benötigte Zeit, wodurch ein Einstellen der Ventilzeitsteuerung ermöglicht wird. Durch eine vorwiegendere Nutzung von Einlasskanaleinspritzung bei Bedingungen, bei denen der über den Einlasskanal eingespritzte Kraftstoff effizient verdampft werden kann, reduzieren sich die Partikelemissionen. Außerdem verbessert sich die Motorleistung.
  • Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
  • 1 zeigt einen beispielhaften Brennraum.
  • 2 zeigt ein Übersichtsflussdiagramm für die Einstellung des Kraftstoffeinspritzungsverhältnisses während eines Motorstarts.
  • 3 stellt eine Veränderung des Kraftstoffeinspritzungsverhältnisses innerhalb eines jeweiligen Zylinders als Funktion der Einlassventiltemperatur dar.
  • 4 demonstriert ein Verändern des Kraftstoffeinspritzungsverhältnisses in einem Vierzylindermotor gemäß der Zahl von Verbrennungen und der Einlassventiltemperatur in jedem Zylinder.
  • 5 vergleicht Kraftstoffeinspritzverhältnisse in zwei Zylindern eines Vierzylindermotors.
  • 6 zeigt die Beziehung zwischen Einlassventiltemperatur und der über Direkteinspritzung und Einlasskanaleinspritzung eingespritzten Kraftstoffmengen.
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Einstellen einer Motoreinspritzungsroutine, wie zum Beispiel im Verbrennungsmotorsystem von 1. Eine Motorsteuerung kann eine Kraftstoffeinspritzungsroutine, einschließlich einer Menge von in einen Motorzylinder direkt eingespritztem Kraftstoff im Verhältnis zu einer Menge von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff, basierend auf Motorbetriebsbedingungen, einschließlich einer Einlassventiltemperatur, wie in der Beispielroutine von 2 gezeigt, einstellen. Wie mit Bezug auf 2–5 ausgeführt, kann die Einstellung auf der Verbrennungszahl, Abgaskatalysatortemperatur (z.B. Heißstart- oder Kaltstartbedingungen) und Einlassventiltemperatur basieren. Zum Beispiel kann mit mehr Kraftstoff über die Einlasskanaleinspritzung eingespritzt werden, wenn die Einlassventiltemperatur einen Schwellenwert überschreitet. Durch Überleiten der Kraftstoffeinspritzung von einer relativ höheren Menge an Direkteinspritzung in eine relativ höhere Menge an Einlasskanaleinspritzung mit steigender Einlassventiltemperatur, wie in 6 dargestellt, können Abgasemissionen gesteuert werden.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders eines Verbrennungsmotors 10. Der Verbrennungsmotor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuerungssystem, das ein Steuergerät 12 umfasst, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (d.h. der Brennraum) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Brennraumwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 umfassen. Der Kolben 138 kann mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass die Hin-und-her-Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem mit zumindest einem Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein (nicht dargestellter) Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
  • Der Zylinder 14 kann Einlassluft über eine Reihe von Einlassluftkanälen 142, 144 und 146 empfangen. Der Einlassluftkanal 146 kann außer dem Zylinder 14 noch mit anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 kommunizieren. Bei manchen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlasskanäle eine Aufladevorrichtung wie einen Turbolader oder einen mechanischen Lader umfassen. Zum Beispiel zeigt 1 den Verbrennungsmotor 10 in Ausgestaltung mit einem Turbolader, der einen zwischen den Einlasskanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang dem Auslasskanal 148 angeordnete Abgasturbine 176 umfasst. Der Verdichter 174 kann über eine Welle 180 zumindest teilweise von der Abgasturbine 176 angetrieben werden, wobei die Aufladevorrichtung als Turbolader ausgestaltet ist. Bei anderen Beispielen, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einem mechanischen Lader versehen ist, kann die Abgasturbine 176 jedoch wahlweise entfallen, wobei der Verdichter 174 mit von einem Elektromotor oder dem Verbrennungsmotor mechanisch zugeführter Energie angetrieben werden kann. Eine Drosselklappe 162 mit einem Drosselteller 164 kann entlang eines Einlasskanals des Motors bereitgestellt werden, zum Verändern der Durchsatzmenge und/oder des Drucks der den Motorzylindern bereitgestellten Einlassluft. Die Drosselklappe 162 kann zum Beispiel dem Verdichter 174 nachgeschaltet, wie in 1 gezeigt, oder alternativ dazu dem Verdichter 174 vorgeschaltet sein.
  • Der Abgaskanal 148 kann neben den Abgasen vom Zylinder 14 auch Abgase von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 empfangen. In der Darstellung ist der Abgassensor 128 der Abgassteuerungsvorrichtung 178 vorgeschaltet mit dem Abgaskanal 148 gekoppelt. Der Sensor 128 kann ein beliebiger für die Bereitstellung einer Anzeige des Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses geeigneter Sensor sein, wie etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder universeller oder Breitband-Lambdasensor, ein bistabiler Sauerstoffsensor oder EGO (wie abgebildet), ein beheizter Lamdasensor, ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Abgasreinigungsvorrichtung 178 kann ein Dreiwege-Katalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen derselben sein.
  • Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. In der Darstellung umfasst der Zylinder 14 zum Beispiel mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet sind. Bei manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10, einschließlich Zylinder 14, zumindest zwei Einlasstellerventile und zumindest zwei Auslasstellerventile umfassen, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
  • Das Einlassventil 150 kann vom Steuergerät 12 über einen Aktuator 152 gesteuert werden. Analog dazu kann das Auslassventil 156 vom Steuergerät 12 über einen Aktuator 154 gesteuert werden. Während mancher Zustände kann das Steuergerät 12 die dem Aktuator 152 und 154 bereitgestellten Signale verändern, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 150 und Auslassventils 156 kann jeweils von (nicht gezeigten) Ventilpositionssensoren bestimmt werden. Die Ventilaktuatoren können ein elektrischer Ventilbetätigungstyp oder Nockenbetätigungstyp oder eine Kombination derselben sein. Die Einlass- und Auslassventilzeitsteuerung kann gleichzeitig ablaufend gesteuert werden, oder es kann eine beliebige mögliche variable Einlassnockenzeitsteuerung, variable Auslassnockenzeitsteuerung, duale unabhängige variable Nockenzeitsteuerung, oder feste Nockenzeitsteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann eine oder mehrere Nocken umfassen und ein oder mehrere Systeme zur Nockenprofilumschaltung (CPS), variablen Nockenzeitsteuerung (VCT), variablen Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL), die vom Steuergerät 12 dahingehend betrieben werden können, den Ventilbetrieb zu verändern. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, einschließlich CPS und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil umfassen. Bei anderen Ausführungsformen können das Einlass- und Auslassventil von einem gemeinsamen Ventilaktuator oder Ventilaktuatorsystem, oder einem Aktuator oder Betätigungssystem mit variabler Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
  • Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das dem Volumenverhältnis zum oberen Totpunkt entspricht, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt befindet. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. Bei manchen Beispielen, bei denen verschiedene Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis aber erhöht werden. Dies kann zum Beispiel vorkommen, wenn Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl oder Kraftstoffe mit höherer latenter Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann auch erhöht werden wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, aufgrund ihrer Wirkung auf das Motorklopfen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung umfassen. Das Zündsystem 190 kann in Reaktion auf ein Zündungsfrühverstellungssignal (SA) vom Steuergerät 12 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken an den Brennraum 14 bereitstellen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch entfallen, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzung von Kraftstoff einleitet, wie dies bei manchen Dieselmotoren der Fall sein kann.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzventilen ausgestaltet sein, um den Zylindern Kraftstoff bereitzustellen. Der Zylinder 14 ist, als nicht einschränkendes Beispiel, mit zwei Kraftstoffeinspritzventilen 166 und 170 gezeigt. Das Kraftstoffeinspritzventil 166 ist in der Darstellung direkt mit dem Zylinder 14 gekoppelt, um in diesen proportional zur Pulsweite eines über einen elektronischen Treiber 168 vom Steuergerät 12 empfangenen Signals FPW-1 (FPW = fuel pulse width d.h. Kraftstoff-Pulsweite) Kraftstoff einzuspritzen. Auf diese Weise stellt das Kraftstoffeinspritzventil 166 eine sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. In 1 ist das Einspritzventil 166 zwar als seitliches Einspritzventil gezeigt, es kann sich jedoch auch über dem Kolben, beispielsweise nahe der Position der Zündkerze 192 gelegen, befinden. Eine solche Position kann die Durchmischung und Verbrennung verbessern wenn der Verbrennungsmotor mit einem alkoholbasierten Kraftstoff betrieben wird, aufgrund der geringeren Flüchtigkeit mancher alkoholbasierter Kraftstoffe. Alternativ dazu kann das Einspritzventil oben und in der Nähe des Einlassventils liegen, um die Durchmischung zu verbessern. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil 166 aus einem Hochdruck-Einspritzsystem 172 zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen, eine Kraftstoffverteilerleitung und Treiber 168 umfasst. Alternativ dazu kann der Kraftstoff mittels einer einstufigen Kraftstoffpumpe mit niedrigerem Druck zugeführt werden, wobei in diesem Fall die Zeitsteuerung der Direkteinspritzung während des Verdichtungstakts begrenzter sein kann, als bei Verwendung einer Hochdruck-Einspritzanlage. Des Weiteren kann der Kraftstofftank einen Drucksignalgeber aufweisen, der dem Steuergerät 12 ein Signal bereitstellt.
  • Das Kraftstoffeinspritzventil 170 ist, statt im Zylinder 14, im Einlasskanal 146 angeordnet gezeigt, in einer Ausgestaltung, die eine sogenannte Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzung in den dem Zylinder 14 vorgeschalteten Einlasskanal bereitstellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 170 kann Kraftstoff proportional zur Pulsbreite des vom Steuergerät 12 über den elektronischen Treiber 171 empfangenen Signals FPW-2 einspritzen. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil 170 vom Kraftstoffsystem 172 zugeführt werden.
  • In der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Zufuhr zu beiden Kraftstoffeinspritzventilen 166 und 170 von einem gemeinsamen Kraftstoffsystem 172. Bei alternativen Ausführungsformen, in denen beispielsweise das Einlasskanal-Einspritzventil 170 Kraftstoff mit einer anderen Zusammensetzung oder einem anderen Alkoholgehalt als dem vom Direkt-Einspritzventil 166 zugeführten Kraftstoff zuführen kann, können die beiden Einspritzventile mit separaten Kraftstoffsystemen gekoppelt sein, die jeweils Kraftstofftanks aufweisen.
  • Kraftstoff kann von beiden Einspritzventilen während eines einzelnen Takts des Zylinders zugeführt werden. Zum Beispiel kann jedes Einspritzventil einen Anteil einer gesamten im Zylinder 14 verbrannten Kraftstoffeinspritzung zuführen. Ferner kann die Verteilung und/oder relative Menge des von jedem Einspritzventil zugeführten Kraftstoffs mit den Betriebsbedingungen wie der Motordrehzahl und/oder Einlassventiltemperatur, wie hier beschrieben, verändert werden. Die relative Verteilung der eingespritzten Gesamtkraftstoffmenge zwischen den Einspritzventilen 166 und 170 kann als Einspritzungsverhältnis bezeichnet werden. Das Einspritzen einer größeren Menge des Kraftstoffs über das (Einlasskanal-)Einspritzventil 170 für eine Verbrennung kann beispielsweise ein Beispiel für ein höheres Verhältnis von Einlasskanal- zu Direkteinspritzung sein, während das Einspritzen einer größeren Menge des Kraftstoffs über das (Direkt-)Einspritzventil 166 für eine Verbrennung ein niedrigeres Verhältnis von Einlasskanal- zu Direkteinspritzung ist. Es ist dabei zu beachten, dass dies nur Beispiele für verschiedene Einspritzungsverhältnisse sind, und dass verschiedene andere Einspritzungsverhältnisse verwendet werden können.
  • Ebenso kann die Zufuhr von Kraftstoff für jede Verbrennung nach einem Kraftstoffeinspritzungsprofil erfolgen, das Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge(n), Zahl von Einspritzungen, Einspritzungsverhältnisse, Einspritzungszeitsteuerungen, usw. umfassen kann.
  • Außerdem versteht es sich, dass in den Einlasskanal eingespritzter Kraftstoff bei offenem Einlassventil, bei geschlossenem Einlassventil (d.h. im Wesentlichen vor einem Ansaugtakt, beispielsweise während eines Ausstoßtakts), sowie sowohl bei offenem und geschlossenem Betrieb des Einlassventils zugeführt werden kann. Analog dazu kann direkt eingespritzter Kraftstoff zum Beispiel während eines Ansaugtakts und teilweise während des vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Ansaugtakts, und teilweise während des Verdichtungstakts zugeführt werden. Ferner kann der direkt eingespritzte Kraftstoff als einzelne Einspritzung oder als mehrfache Einspritzungen zugeführt werden. Dies kann mehrere Einspritzungen während des Verdichtungstakts, mehrere Einspritzungen während des Ansaugtakts, oder eine Kombination von einigen Direkteinspritzungen während des Verdichtungstakts und einigen während des Ansaugtakts umfassen.
  • Von daher kann auch für eine einzelne Verbrennung Kraftstoff mit unterschiedlichen Zeitsteuerungen für ein Einlasskanal-Einspritzventil und ein Direkt-Einspritzventil eingespritzt werden. Ferner können für eine einzelne Verbrennung mehrere Einspritzungen des zugefügten Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, des Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination derselben durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen einzelnen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Von daher kann jeder Zylinder analog dazu seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzventil(en), Zündkerze, usw. umfassen.
  • Die Kraftstoffeinspritzventile 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese umfassen Größenunterschiede, zum Beispiel kann eines der Einspritzventile eine größere Einspritzöffnung aufweisen als das andere. Andere Unterschiede umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, verschiedene Strahlwinkel, verschiedene Betriebstemperaturen, verschiedene Zielrichtungen, verschiedene Einspritzzeitsteuerungen, verschiedene Strahleigenschaften, verschiedene Lagen, usw. Des Weiteren können, je nach Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs zwischen den Einspritzventilen 170 und 166, verschiedene Wirkungen erreicht werden.
  • Der Kraftstofftank im Kraftstoffsystem 172 kann Kraftstoff mit verschiedenen Kraftstoffqualitäten, beispielsweise verschiedenen Kraftstoffzusammensetzungen enthalten. Diese Unterschiede können einen unterschiedlichen Alkoholgehalt, eine unterschiedliche Oktanzahl, unterschiedliche Verdampfungswärme, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon, usw. umfassen. Bei einem Beispiel dazu könnten Kraftstoffe mit unterschiedlichen Alkoholgehalten Benzin, Ethanol, Methanol, oder Alkoholgemische wie E85 (das ungefähr 85% Ethanol und 15% Benzin ist) oder M85 (das ungefähr 85% Methanol und 15% Benzin ist) umfassen. Andere alkoholhaltige Kraftstoffe könnten ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Alkohol, Wasser und Benzin, usw. sein.
  • Des Weiteren können sich die Kraftstoffeigenschaften des Kraftstofftanks häufig verändern. Bei einem Beispiel dazu kann ein Fahrer das Kraftstoffsystem 172 an einem Tag mit E85, am folgenden Tag mit E10 und am Tag darauf mit E50 befüllen. Die Veränderungen bei der Tank-Neubefüllung von Tag zu Tag können somit zu sich häufig verändernden Kraftstoffzusammensetzungen im Kraftstoffsystem 172 führen und damit das Einspritzungsprofil des von den Einspritzventilen 166 und 170 zugeführten Kraftstoffs beeinflussen.
  • Wie mit Bezug auf 2 ausgeführt, kann ein Steuergerät ein Kraftstoffeinspritzungsprofil während einer ersten Zylinderverbrennung basierend darauf einstellen, ob der Motorstart ein Heißstart oder ein Kaltstart ist. Das Kraftstoffeinspritzungsverhältnis kann so eingestellt werden, dass es die Verdunstungswirkungen eines heißen Einlassventils auf während eines Motorheißstarts über ein Einlasskanal-Einspritzventil eingespritzten Kraftstoff ausnutzt. Falls der Motorstart ein Kaltstart ist, kann das Verhältnis so eingestellt werden, dass die Emissionen bei einem Kaltstart verbessert werden, beispielweise durch Zuführen eines größeren Anteils an direkt eingespritztem Kraftstoff während eines Verdichtungstakts für eine anfängliche Zahl von Verbrennungen. Bei einem Motorkaltstart kann ein erstes Einspritzungsprofil mit vorbestimmtem Einspritzungsverhältnis verwendet werden, das auf der Abgaskatalysatortemperatur und dem Alkoholgehalt des Kraftstoffs basiert, wobei das gewählte Verhältnis die beschleunigte Erwärmung des Abgaskatalysators ermöglichen kann. Das erste Einspritzungsprofil kann in das Ankurbeln des Motors hinein fortgesetzt werden, bis eine Einlassventil-Schwellentemperatur überschritten wird. Dann kann die Kraftstoffeinspritzung in ein zweites, anderes Einspritzungsprofil mit einem anderen Einspritzungsverhältnis, das sich die Vorteile der Einlasskanaleinspritzung zunutze macht, übergeleitet werden.
  • In der Darstellung von 1 ist das Steuergerät 12 ein Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-Ausgabe-Anschlüssen 108, einem in diesem speziellen Beispiel als Festwertspeicherchip 110 gezeigten elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, einem Arbeitsspeicher 112, einem batteriebetriebenen Speicher 114 und einem Datenbus. Das Steuergerät 12 kann zusätzlich zu den bereits erläuterten Signalen verschiedene Signale von mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich Messung der angesaugten Luftmassenströmung (MAF) vom Luftmassensensor 122, der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (ECT) vom mit einem Kühlmantel 118 gekoppelten Temperatursensor 116, eines Profilzündaufnahmesignals (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 140 gekoppelten Hall-Sensor 120 (oder anderen Typ), einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappensensor, und eines Einlasskrümmer-Absolutdrucksignals (MAP) vom Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann vom Steuergerät 12 aus dem Profilzündaufnahmesignal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal (MAP) von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Anzeige eines Unterdrucks oder Drucks im Einlasskrümmer bereitzustellen.
  • Der Festwertspeicher 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die vom Prozessor 106 zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Verfahren sowie anderer erwarteter, aber nicht speziell aufgeführter, Verfahren ausführbare Anweisungen darstellen.
  • Wendet man sich nun der 2 zu, so ist eine beispielhafte Routine 200 für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einen Motorzylinder mit einem (ersten) Einlasskanal-Einspritzventil und einem (zweiten) Direkt-Einspritzventil bei einem Motorstart basierend auf Motorstartbedingungen gezeigt.
  • Bei 202 können die Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden. Diese können zum Beispiel die Motordrehzahl (Ne), Motorlast, das Verhältnis von Luft zu eingespritztem Kraftstoff (AFR) im Zylinder, die Verbrennungsmotortemperatur (zum Beispiel von einer Motorkühlmitteltemperatur abgeleitet), die Abgaskatalysatortemperatur (Tcat), die Einlassventiltemperatur jedes Zylinders, den Solldrehmoment, usw. umfassen. Die Einlassventiltemperatur (IVT) eines speziellen Zylinders kann basierend auf wenigstens einem von Zylinderlast, Kühlmitteltemperatur und Lage des speziellen Zylinders im Verbrennungsmotorblock abgeleitet werden. Bei einem Verbrennungsmotor mit vier reihenförmig angeordneten Zylindern können zum Beispiel die beiden äußeren Zylinder kühler sein, während die beiden inneren Zylinder heißer sein können. Bei einem anderen Beispiel, bei dem der Verbrennungsmotor einen integrierten Abgaskrümmer umfasst, kann die Einlassventiltemperatur jedes Zylinders von der Lage einer Kühlmittelschleife relativ zu den Zylinderköpfen abhängen. Hier können die Einlassventile von näher an der Kühlmittelschleife gelegenen Zylindern wärmer sein, als die von weiter von der Kühlmittelschleife entfernt gelegenen Zylindern.
  • Bei 204 kann ein Alkoholgehalt des eingespritzten Kraftstoffs geschätzt und/oder bestimmt werden. Bei einem Beispiel dazu kann der Alkoholgehalt des Kraftstoffs im Kraftstofftank nach jedem Auftanken geschätzt werden. Die Schätzung kann auf einer oder mehreren empirischen Verfahren und ferner auf Eingaben vom Fahrzeugführer basieren. Bei Ausführungsformen, in denen das Einlasskanal-Einspritzventil ausgestaltet ist, einen ersten Kraftstoff (mit einem ersten Alkoholgehalt) einzuspritzen und das Direkt-Einspritzventil ausgestaltet ist, einen zweiten Kraftstoff (mit einem zweiten, anderen Alkoholgehalt) einzuspritzen, umfasst die Routine ein Schätzen des Alkoholgehalts jedes der in den Einlasskanal eingespritzten und direkt eingespritzten Kraftstoffe.
  • Bei 206 kann bestimmt werden, ob ein Motorkaltstartzustand vorliegt. Von daher kann ein Motorkaltstart einen anfänglichen Motorstart nach Abschaltzuständen umfassen. Bei einem Beispiel kann ein Motorkaltstartzustand bestätigt werden, wenn eine Motortemperatur unterhalb eines Schwellenwerts liegt und eine Katalysatortemperatur unterhalb eines Schwellenwerts (beispielsweise unterhalb einer Ansprechtemperatur) liegt. Von daher kann beim Kaltstart eine Einlassventiltemperatur im Wesentlichen aller Motorzylinder unterhalb eines Schwellenwerts liegen.
  • In Reaktion auf einen Motorkaltstartzustand kann bei 212 die Routine umfassen, den Verbrennungsmotor mit einem ersten, anfänglichen Kaltstarteinspritzungsprofil zu betreiben, um das Ansprechen des Katalysators zu beschleunigen. Der Betrieb mit dem ersten Kaltstarteinspritzungsprofil umfasst, während einer ersten Verbrennung ab dem Motorstart und einer Anzahl von Verbrennungen ab dem Motorstart, einen höheren Anteil von direkt eingespritztem Kraftstoff relativ zu in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff bereitzustellen. Außerdem kann mehr des direkt eingespritzten Kraftstoffs als Verdichtungstakteinspritzung verglichen mit Ansaugtakteinspritzung zugeführt werden. Hier kann die Direkteinspritzung von Kraftstoff während eines Verdichtungstakts vorteilhaft dazu genutzt werden, die Kraftstoffverdampfung zu verbessern und den Verbrennungsmotor und Katalysator zu erwärmen, wodurch die Verbrennungsmotor- und Katalysatorleistung unter den Motorstartbedingungen verbessert werden.
  • Das erste Kaltstart-Kraftstoffeinspritzungsprofil kann auch ein erstes Kraftstoffverhältnis (ein Verhältnis von in den Einlasskanal eingespritzter Menge zu direkt eingespritzter Menge) umfassen, das basierend auf dem geschätzten Alkoholgehalt des Kraftstoffs eingestellt wird. Zum Beispiel kann bei steigendem Alkoholgehalt des Kraftstoffs der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff weiter gesenkt werden und der Anteil von direkt eingespritztem Kraftstoff entsprechend erhöht werden. Als Beispiel kann, wenn der eingespritzte Kraftstoff E10 (mit einem niedrigeren Alkoholgehalt) ist, das erste Verhältnis 35% Einlasskanaleinspritzung: 65% Direkteinspritzung umfassen. Im Vergleich dazu kann, wenn der eingespritzte Kraftstoff E85 (mit einem höheren Alkoholgehalt) ist, das erste Verhältnis 10% Einlasskanaleinspritzung: 90% Direkteinspritzung umfassen.
  • Das erste Kaltstarteinspritzungsprofil und Kaltstartverhältnis können ferner basierend auf einer Abgaskatalysatortemperatur eingestellt werden. Zum Beispiel kann bei zunehmender Differenz zwischen der Katalysatortemperatur und einer Schwellenwerttemperatur (z.B. der Ansprechtemperatur) beim Kaltstart (d.h. bei kälterem Katalysator) weniger Einspritzung in den Einlasskanal verwendet werden. Zum Beispiel kann bei steigender Katalysatortemperatur, und weiter nachdem sich die Einlassventiltemperatur eines jeweiligen Zylinders über einen Schwellenwert hinaus erhöht hat, der Anteil des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs schrittweise erhöht werden.
  • Die Kraftstoffeinspritzung mit dem ersten Einspritzungsprofil kann für eine Anzahl von Verbrennungen ab dem Motorstart beibehalten werden. Bei 214 kann die Einlassventiltemperatur für jeden Zylinder neu bewertet werden und es kann bestimmt werden, ob die Einlassventiltemperatur (IVT) im nächstzündenden Zylinder höher ist als ein Schwellenwert. Der Schwellenwert kann basierend auf der Motorleistung, d.h. sowohl Emissionen als auch Stabilität, kalibriert werden. Der Schwellenwert kann ferner auf dem Alkoholgehalt des eingespritzten Kraftstoffs (d.h. dem in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoff) basieren. Mit steigendem Alkoholgehalt des eingespritzten Kraftstoffs kann also der Schwellenwert erhöht werden. Zum Beispiel kann, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff mit niedrigem Alkoholgehalt, beispielsweise einer Ethanolmischung mit 10% Ethanol, betrieben wird, der Schwellenwert niedriger liegen und ein Wechsel des Einspritzungsprofils zu einem höheren Anteil an Einlasskanaleinspritzung kann bei einer niedrigeren Einlassventiltemperatur durchgeführt werden. Im Vergleich dazu kann, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff mit höherem Alkoholgehalt, beispielsweise einer Ethanolmischung mit 85% Ethanol, betrieben wird, der Schwellenwert höher liegen und der Wechsel des Einspritzungsprofils zum höheren Anteil an Einlasskanaleinspritzung kann bei einer höheren Einlassventiltemperatur durchgeführt werden. Dadurch, dass der Schwellenwert basierend auf dem Kraftstoffalkoholgehalt eingestellt wird, kann das Kraftstoffeinspritzungsprofil der höheren Verdunstungswärme von Ethanolkraftstoffen Rechnung tragen.
  • Von daher kann, bei Ausführungsformen bei denen dem Zylinder ein erster Kraftstoff über Einlasskanaleinspritzung und ein zweiter Kraftstoff über Direkteinspritzung zugeführt wird, das Kraftstoffeinspritzungsverhältnis basierend auf einem Alkoholgehalt des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs eingestellt werden.
  • Von daher wird vor jeder Zylinderverbrennung die Einlassventiltemperatur (IVT) des Zylinders bewertet, dessen Zündung bevorsteht. Falls bestimmt wird, dass die Einlassventiltemperatur für den nächstzündenden Zylinder unterhalb des Schwellenwerts liegt, wird bei 216 das erste Kaltstarteinspritzungsprofil mit einem niedrigeren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff zu direkt eingespritztem Kraftstoff fortgesetzt, mit einem basierend auf der Verbrennungszahl seit dem Motorstart angepassten Einspritzungsverhältnis. Bei einem Beispiel dazu kann, mit steigender Verbrennungszahl seit dem Motorstart, das Kraftstoffeinspritzungsverhältnis (zwischen direkt eingespritztem und in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff) aufrechterhalten werden, während ein allmählich zunehmender Anteil von in den Ansaugtakt relativ zum Verdichtungstakt direkt eingespritztem Kraftstoff zugeführt werden kann. Zum Beispiel kann das Kraftstoffeinspritzungsverhältnis 35:30:35 Ansaugtaktdirekteinspritzung:Verdichtungstaktdirekteinspritzung:Einlasskanaleinspritzung umfassen. Bei einem anderen Beispiel kann mit steigender Zahl von Verbrennungen seit dem Motorstart das Kaltstarteinspritzungsprofil so eingestellt werden, dass ein höherer Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff im Verhältnis zu direkt eingespritztem Kraftstoff bereitgestellt wird. Allerdings kann die Erhöhung des in Reaktion auf die steigende Verbrennungszahl in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs kleiner sein als eine entsprechende Erhöhung des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs wenn die Einlassventiltemperatur über den Schwellenwert ansteigt. Von daher kann, jedes Mal wenn das Einspritzungsprofil eine Erhöhung der Menge von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff umfasst, eine Menge von direkt eingespritztem Kraftstoff entsprechend reduziert werden, um die Gesamt-Kraftstoffeinspritzungsmenge aufrechtzuerhalten.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Einlassventiltemperatur in einem speziellen Zylinder über dem Schwellenwert liegt, kann bei 218 das Steuergerät die Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Motorzylinder in ein zweites Einspritzungsprofil mit einem anderen Einspritzungsverhältnis überleiten. Den Verbrennungsmotor mit dem zweiten Einspritzungsprofil zu betreiben, umfasst, einen höheren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff bereitzustellen, relativ zu dem während des ersten Einspritzungsprofils bereitgestelltem. Der Anstieg der in den Einlasskanal eingespritzten Menge kann zumindest auf der Einlassventiltemperatur sowie auf der Zylinderverbrennungszahl basieren. Von daher kann die Menge von direkt eingespritztem Kraftstoff gegenüber der während des ersten Einspritzungsprofils bereitgestellten Menge bei zunehmender in den Einlasskanal eingespritzter Menge reduziert werden.
  • 6 demonstriert eine beispielhafte Veränderung des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffanteils im Verhältnis zum direkt eingespritzten Kraftstoffanteil bei steigender Einlassventiltemperatur innerhalb eines jeweiligen Zylinders. Das Kennlinienfeld 600 zeigt die entlang der x-Achse aufgetragene Einlassventiltemperatur und eine Menge an eingespritztem Kraftstoff entlang der y-Achse. Die Kurvenaufnahme 602 stellt eine Menge von über das Einlasskanal-Einspritzventil eingespritztem Kraftstoff dar und die Kurvenaufnahme 604 stellt eine Menge von direkt eingespritztem Kraftstoff dar. Die Linie 603 stellt einen Kaltstart dar. Bei einem Kaltstart, wenn die Einlassventiltemperatur in dem jeweiligen Zylinder niedriger und unterhalb eines Schwellenwerts liegt, ist der Anteil an direkt eingespritztem Kraftstoff (Kurvenaufnahme 604) wesentlich höher als der des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs (Kurvenaufnahme 602). Wenn jedoch die Einlassventiltemperatur für den jeweiligen Zylinder ansteigt, kann der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff erhöht werden, bei entsprechender Verringerung des direkt eingespritzten Kraftstoffs. Durch Verwendung eines höheren Verhältnisses von Einlasskanaleinspritzung bei steigender Einlassventiltemperatur kann Kraftstoff im Einlasskanal des Zylinders durch Aufnahme von Wärme aus den Einlassventilen verdunsten und zerstäubt werden. Die Motorleistung kann bei gleichzeitig verbesserter Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs und reduzierten Partikelemissionen verbessert werden.
  • Um nun zur Routine 200 bei 218 zurückzukehren, so kann das Einspritzungsverhältnis innerhalb eines jeweiligen Zylinders kontinuierlich basierend auf der Einlassventiltemperatur eingestellt werden. Zum Beispiel kann bei jeder Zylinderverbrennung die Einlassventiltemperatur neu bewertet werden, und bei deren Erhöhung über den Schwellenwert kann ein höherer Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff für diese Zylinderverbrennung ermöglicht werden. Insbesondere kann sich der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff mit im Verlauf eines Motorzyklus steigender Einlassventiltemperatur erhöhen. Bei einem Beispiel dazu kann, wenn die Einlassventiltemperatur auf dem oder geringfügig über dem Schwellenwert liegt, der Anteil an in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff 20% der gesamten eingespritzten Kraftstoffmenge betragen. Mit steigender Einlassventiltemperatur kann der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff weiter erhöht werden, auf 100%. Dies kann umfassen, den Arbeitszyklus des Einlasskanal-Einspritzventils allmählich zu erhöhen und dabei den Arbeitszyklus der Direkt-Einspritzventile allmählich zu verringern. Der Anstieg der Mengen von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff kann jedoch eingeschränkt werden, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, wenn die Vorteile der Direkteinspritzung die Vorzüge der Einlasskanaleinspritzung überwiegen. Von daher kann die Einlassventiltemperatur für einen jeweiligen Zylinder zu Beginn jeder Verbrennung geschätzt werden und das Einspritzungsverhältnis kann weiter eingestellt werden.
  • Zusätzlich zum Erhöhen des über das Einlasskanal-Einspritzventil in einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffs kann auch eine Zeitsteuerung der Einlasskanaleinspritzung auf eine Öffnung des Einlassventils zu nach spät verstellt werden. Zum Beispiel kann, wenn während eines Kaltstarts ein erstes Einspritzungsprofil verwendet wird, ein kleiner Kraftstoffanteil über ein Einlasskanal-Einspritzventil bei 60 Grad eingespritzt werden, bevor der Kolben die Position des oberen Totpunkts (OT) des Ausstoßtakts erreicht. Mit innerhalb desselben Zylinders über den Schwellenwert ansteigender Einlassventiltemperatur, und Überleitung zum zweiten Einspritzungsprofil, kann ein größerer Anteil von Kraftstoff über das Einlasskanal-Einspritzventil bei 30 Grad eingespritzt werden bevor der Kolben die OT-Stellung des Ausstoßtakts erreicht.
  • Es versteht sich, dass die Erhöhung des Einlasskanaleinspritzungsverhältnisses des Kaltstarteinspritzungsprofils (bei 218) sowohl auf der Einlassventiltemperatur als auch auf der Verbrennungszahl basiert. Es kann daher mit steigender Einlassventiltemperatur und seit dem Motorstart vergangener Anzahl von Verbrennungen ein größerer Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff relativ zu direkt eingespritztem Kraftstoff zugeführt werden, bis die Schwellentemperatur erreicht ist. Danach kann die Erhöhung des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs auf der Verbrennungszahl seit dem Motorstart basieren. Von daher kann, nachdem eine Schwellenzahl von Verbrennungen seit dem Motorstart erfolgt sind, der Verbrennungsmotor von einem Kaltstarteinspritzungsprofil in ein Motorleerlauf-Einspritzungsprofil übergehen.
  • Um nun zu 206 zurückzukehren, so kann, wenn kein Vorliegen eines Motorkaltstartzustands bestimmt wird, bei 208 ein Motorheißstartzustand bestätigt werden. Von daher kann der Motorheißstart einen Motorneustart umfassen, bei dem der Verbrennungsmotor nach einer vorausgegangenen Motorabschaltung nach kurzer Zeit wieder gestartet wird. Bei einem Beispiel dazu kann ein Motorheißstartzustand bestätigt werden, wenn eine Motortemperatur und/oder eine Katalysatortemperatur über einem Schwellenwert liegt. Wenn kein Heißstart bestätigt wird, endet die Routine 200.
  • Wenn bei 208 ein Heißstart bestätigt wird, kann die Routine 200 den Verbrennungsmotor mit einem Heißstarteinspritzungsprofil betreiben, das basierend auf der Motordrehzahl und des Kraftstoffalkoholgehalts bestimmt wird und ferner basierend auf der Einlassventiltemperatur für jeden zündenden Zylinder. Das Profil kann gegenüber dem Kaltstartprofil einen höheren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff umfassen, um auszunutzen, dass das Einlassventil heiß genug ist, um in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoff zu verdunsten. Dieses Einspritzungsverhältnis kann insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen eingesetzt werden, wenn die Einlasskanaleinspritzung eine bessere Leistung und geringere Emissionen bereitstellt. Mit steigender Drehzahl kann die Menge an durch das Einlasskanal-Einspritzventil eingespritztem Kraftstoff verringert werden. Ferner kann die Menge an durch das Direkt-Einspritzventil eingespritztem Kraftstoff erhöht werden, um eine höhere Leistungsabgabe und Kraftstoffeffizienz bereitzustellen. Außerdem kann die Direkteinspritzung von Kraftstoff dazu verwendet werden, dessen Ladungskühlungseigenschaften auszunutzen.
  • Auf diese Weise kann ein Steuergerät die Routine 200 ausführen, um ein Kraftstoffeinspritzungsverhältnis während eines Motorstarts einzustellen. Ein erstes Einspritzungsverhältnis bei Kaltstarts kann auf der Motordrehzahl, Verbrennungszahl und dem Kraftstoffalkoholgehalt basieren. Hier kann der Anteil von über Einlasskanaleinspritzung zugeführtem Kraftstoff ferner von der Einlassventiltemperatur abhängen. Bei kalten Motortemperaturen kann der Anteil an über Einlasskanaleinspritzung zugeführtem Kraftstoff relativ zum durch Direkteinspritzung zugeführten Kraftstoff niedriger sein, um die Emissionen zu verbessern. Einen kleineren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff einzuspritzen, wenn das Einlassventil kalt ist, kann auch die Pfützenbildung von Kraftstoff im Einlasskanal reduzieren. Mit für einen Zylinder bei jeder Verbrennung über einen Schwellenwert ansteigender Einlassventiltemperatur kann das Einspritzungsprofil in Richtung vorwiegenderer Nutzung eines höheren Kraftstoffanteils über Einlasskanaleinspritzung in den Einlasskanal bewegt werden, wo der Kraftstoff durch Aufnahme von Wärme aus dem Einlassventil verdampft werden kann. Bei höheren Motordrehzahlen und -lasten kann jedoch ein größerer Anteil von Direkteinspritzung verwendet werden, um eine höhere Leistungsabgabe bereitzustellen. Das Einspritzungsprofil kann basierend auf dem Kraftstoffalkoholgehalt weiter modifiziert werden, um verschiedene Verdampfungswärmen und Kraftstoffsiedepunkte zu berücksichtigen.
  • 3 zeigt in den Kennlinienfeldern 310 und 320 Ventilzeitsteuerung, Kolbenposition und Einspritzungsprofil bezüglich einer Motorposition, für einen Motorzylinder. Während eines Motorstarts, während der Verbrennungsmotor angekurbelt wird, kann eine Motorsteuerung ausgestaltet sein, ein Kraftstoffeinspritzungsprofil für dem Zylinder zugeführten Kraftstoff einzustellen. Insbesondere kann Kraftstoff während des Motorstarts als erstes Profil zugeführt werden und dann basierend auf der Einlassventiltemperatur und Verbrennungszahl in ein zweites, anderes Profil übergeleitet werden. Die Kraftstoffeinspritzungsprofile können einen Anteil des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs als Einlasskanaleinspritzung und einen verbleibenden Anteil des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs als Direkteinspritzung umfassen. 3 zeigt wie sich ein beispielhaftes Einspritzungsprofil in Abhängigkeit von Einlassventiltemperatur und Verbrennungszahl innerhalb desselben Zylinders verändert. Ein Kaltstartprofil ist im Kennlinienfeld 310 gezeigt, wohingegen das Kennlinienfeld 320 ein Einspritzungsprofil bei einer späteren Verbrennung bei über einen Schwellenwert ansteigender Einlassventiltemperatur zeigt.
  • Die Kennlinienfelder 310 und 320 veranschaulichen eine Motorposition entlang der x-Achse in Grad Kurbelwinkel (Grad KW). Die Kurve 308 zeigt Kolbenpositionen (entlang der y-Achse) bezogen auf deren Stellung vor dem oberen Totpunkt (OT) und/oder unteren Totpunkt (UT) und ferner bezogen auf deren Stellung innerhalb der vier Takte (Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt) eines Motorzyklus. Wie durch die Sinuskurve 308 angezeigt, bewegt sich ein Kolben von OT allmählich nach unten und erreicht zum Ende des Arbeitstakts den tiefsten Punkt bei UT. Anschließend kehrt der Kolben zum Ende des Ausstoßtakts nach oben zum OT zurück. Anschließend bewegt sich der Kolben während des Ansaugtakts wieder nach unten auf den UT zu und kehrt bis zum Ende des Verdichtungstakts in seine ursprüngliche obere Position beim OT zurück.
  • Die Kurven 302 und 304 zeigen Ventilzeitsteuerungen für ein Auslassventil (gestrichelte Kurve 302) und ein Einlassventil (durchgezogene Kurve 304) bei normalem Verbrennungsmotorbetrieb. Wie dargestellt, kann ein Auslassventil genau dann geöffnet werden, wenn der Kolben am Ende des Arbeitstakts seinen tiefsten Punkt erreicht. Mit Beendigung des Ausstoßtakts durch den Kolben kann sich das Auslassventil dann schließen, wobei es zumindest bis zum Beginn eines darauffolgenden Ansaugtakts geöffnet bleibt. Auf die gleiche Weise kann ein Einlassventil bei oder vor dem Start eines Ansaugtakts geöffnet werden und zumindest solange geöffnet bleiben, bis ein darauffolgender Verdichtungstakt begonnen hat.
  • Durch die Zeitsteuerungsdifferenzen zwischen dem Schließen des Auslassventils und dem Öffnen des Einlassventils können für kurze Zeit, vor dem Ende des Ausstoßtakts und nach Beginn des Ansaugtakts, sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geöffnet sein. Diese Zeitspanne, während der beide Ventile geöffnet sein können, wird als positive Ventilüberschneidung von Einlass- zu Auslassventil 306 (oder einfach als positive Ventilüberschneidung) bezeichnet und ist durch einen schraffierten Bereich an der Schnittstelle der Kurven 302 und 304 dargestellt. Bei einem Beispiel dazu kann die positive Überschneidung von Einlass- zu Auslassventil 306 eine standardmäßig vorgegebene Nockenposition des Verbrennungsmotors während eines Motorkaltstarts sein.
  • Die dritte Kurvenaufnahme (von oben) des Kennlinienfelds 310 zeigt ein beispielhaftes Kraftstoffeinspritzungsprofil, das bei einem Ankurbeln des Verbrennungsmotors während des Anlassens des Verbrennungsmotors verwendet werden kann, um eine Menge von Motorstart-Auspuffemissionen zu reduzieren, ohne die Motorverbrennungsstabilität zu verschlechtern. Die dritte Kurvenaufnahme (von oben) des Kennlinienfelds 320 zeigt ein beispielhaftes Kraftstoffeinspritzungsprofil, das während einer Leerlaufphase verwendet werden kann, wenn die Einlassventiltemperatur (Kurvenaufnahme 322) einen Mindestschwellenwert (Linie 321) überschritten hat und während sich der Verbrennungsmotor auf oder oberhalb einer Leerlaufdrehzahl befindet. Alternativ dazu kann das Einspritzungsprofil basierend auf der Verbrennungszahl seit einem Motorstart eingestellt werden, wobei ein Anteil des Kraftstoffs in den Einlasskanal eingespritzt wird (schraffierter Block) und ein Anteil des Kraftstoffs direkt eingespritzt wird (gepunkteter Block).
  • Wie bereits erwähnt, stellen die Kennlinienfelder 310 und 320 verschiedene Verbrennungen innerhalb desselben Zylinders, z.B. Zylinder 1 in einem Vierzylinder-Reihenmotor dar.
  • Bei dem von Kennlinienfeld 310 dargestellten Beispiel ist ein während einer ersten Verbrennung seit dem Motorstart verwendetes Kraftstoffeinspritzungsprofil abgebildet. Der Motorstart ist hier ein Motorkaltstart.
  • Eine Motorsteuerung ist ausgestaltet, dem Zylinder die Gesamtkraftstoffmenge als bei 312 (schraffierter Block) dargestellte erste Einlasskanaleinspritzung, bei 313 (gepunkteter Block) dargestellte Direkteinspritzung und bei 314 (gepunkteter Block) dargestellte dritte Direkteinspritzung bereitzustellen. Die erste Einlasskanaleinspritzung 312 kann einen ersten kleineren Kraftstoffteil (E1) umfassen, der bei einer ersten Zeitsteuerung GradKW1 in den Einlasskanal eingespritzt wird. Insbesondere wird der erste Kraftstoffanteil bei geschlossenem Einlassventil (d.h. während des Ausstoßtakts) in den Einlasskanal eingespritzt. Ein verbleibender größerer Teil des Kraftstoffes wird dann über mehrere Einspritzungen (hier zwei Einspritzungen) direkt eingespritzt. Insbesondere wird ein zweiter Kraftstoffteil (D2) als erste Ansaugtakteinspritzung bei GradKW2 direkt eingespritzt, während ein dritter Kraftstoffteil (D3) als zweite Verdichtungstakteinspritzung bei GradKW3 direkt eingespritzt wird. Bei einem Beispiel dazu kann Kraftstoff in einem Verhältnis von 65:35 von direkt eingespritztem zu in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff zugeführt werden.
  • Der Anteil des als Einlasskanaleinspritzung und als Direkteinspritzung zugeführten Kraftstoffs kann auf der Einlassventiltemperatur (IVT) basieren. Die Einlassventiltemperatur kann zu Beginn einer Verbrennung innerhalb eines jeweiligen Zylinders abgeleitet werden, und ein Einspritzungsverhältnis für diese Verbrennung kann basierend darauf gewählt werden, ob die Einlassventiltemperatur höher oder niedriger als ein Schwellenwert ist. Insbesondere bestimmt die Einlassventiltemperatur den Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff im Einspritzungsverhältnis. Zum Beispiel steigt im Kennlinienfeld 310 die Einlassventiltemperatur (Kurvenaufnahme 322) allmählich durch die Verbrennung Nummer 1 hindurch, bleibt aber unterhalb des Schwellenwertes (Linie 321) wenn die Verbrennung am OT des Verdichtungstakts endet. Das Einlassventil kann somit nicht ausreichend heiß sein, den in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoff zu verdunsten und das Steuergerät kann einen kleineren Anteil an in den Einlasskanal einzuspritzendem Kraftstoff wählen. Bei einem Beispiel dazu kann beim Kaltstart ein Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem zugeführten Kraftstoff 10% betragen, während 90% Kraftstoff direkt eingespritzt werden kann. Bei einem anderen Beispiel kann kein Kraftstoff über das Einlasskanal-Einspritzventil eingespritzt werden und ausschließlich vom Direkt-Einspritzventil zugeführt werden.
  • Im gezeigten Beispiel des Kennlinienfelds 310 kann durch Einlasskanal-Einspritzung eines kleineren Teils des Kraftstoffs und Direkteinspritzung eines größeren Teils des Kraftstoffs eine Abgaskatalysatortemperatur schnell auf eine Ansprechtemperatur erhöht werden, ohne die Abgaspartikelemissionen zu erhöhen und die Stabilität der motorischen Verbrennung zu degradieren. Dadurch reduzieren sich die Motorstart-Emissionen bei gleichzeitiger Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs.
  • In dem in Kennlinienfeld 320 gezeigten Beispiel ist ein während einer dritten Verbrennung seit dem Motorstart innerhalb desselben Zylinders (z.B. Zylinder 1) verwendetes Kraftstoffeinspritzungsprofil gezeigt. Hier ist der Verbrennungsmotor auf Motorleerlaufdrehzahl, und die Einlassventiltemperatur übersteigt den Schwellenwert (Linie 321) während des Arbeitstakts der vorhergehenden Verbrennung im jeweiligen Zylinder. Da es sich bei dem Kennlinienfeld 320 um eine dritte Zylinderverbrennung handelt, ist eine Motorsteuerung ausgestaltet, dem Zylinder die Gesamtmenge an Kraftstoff als ersten Anteil von bei 316 (schraffierter Block) gezeigter Einlasskanaleinspritzung und als zweiten Anteil von bei 318 (gepunkteter Block) gezeigter Direkteinspritzung zuzuführen. Eine Einspritzung während des Verdichtungstakts kann deaktiviert sein. Die Einlasskanaleinspritzung 316 kann einen ersten Kraftstoffteil (E3) umfassen, der während des Ausstoßtakts bei GradKW4 eingespritzt wird. Insbesondere wird der erste Kraftstoffteil bei geschlossenem Einlassventil eingespritzt, aber verglichen mit 312 bei GradKW1 zu einem späteren Zeitpunkt im Ausstoßtakt. Insbesondere zeigt das Kennlinienfeld 320 die Einlasskanaleinspritzung 316 bei einer relativ zur Einlasskanaleinspritzung 312 im Kennlinienfeld 310 mehr zur Öffnung des Einlassventils hin nach spät verstellten Zeitsteuerung. Ein verbleibender kleinerer Kraftstoffteil (D4) wird bei GradKW5 bei geschlossenem Einlassventil (d.h. während des Ansaugtakts) direkt eingespritzt. Bei diesem Beispiel ist GradKW5 im Kennlinienfeld 320 dieselbe Zeitsteuerung wie GradKW3 von Kennlinienfeld 310.
  • Der Anteil des als Einlasskanaleinspritzung und als Direkteinspritzung zugeführten Kraftstoffs kann auf der Einlassventiltemperatur (IVT) basieren. Zum Beispiel ist im Kennlinienfeld 320 die Einlassventiltemperatur (Kurvenaufnahme 322) bei Beginn des Ausstoßtakts höher als der Schwellenwert (Linie 321). Daher kann das Einlassventil ausreichend heiß sein, den in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoff zu verdampfen und zu zerstäuben und das Steuergerät kann einen größeren Anteil an Kraftstoff für die Einspritzung in den Einlasskanal wählen. Das Kennlinienfeld 320 zeigt den Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff (E3) als wesentlich größere Menge als den Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff (E1) in Kennlinienfeld 310 wenn die Einlassventiltemperatur unterhalb des Schwellenwerts liegt. Das Kennlinienfeld 320 zeigt auch E3 als eine etwas größere Menge als den direkt eingespritzten Kraftstoff (D4). Bei einem Beispiel dazu kann, nachdem die Einlassventiltemperatur höher ist als der Schwellenwert, ein Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem zugeführten Kraftstoff auf 70% eingestellt werden, während 30% des Kraftstoffs direkt eingespritzt werden können.
  • Es versteht sich, dass das gewählte Einspritzungsverhältnis ferner auf der Verdampfungswärme und der Verdampfungstemperatur des Kraftstoffs basieren kann. Andere Parameter können die Kraftstofftemperatur, Einlassventilzeitsteuerung, Einspritzungszeitsteuerung und Motordrehzahl umfassen. Die Ventiltemperatur kann dazu verwendet werden, die Wärmekapazität des Einlassventils zu bestimmen, während die Verdampfungswärme und Temperatur des Kraftstoffs die Wärmemenge bereitstellen, die dem Ventil zur Verdampfung des Kraftstoffs entzogen wird. Die für die Verdampfung des Kraftstoffs zur Verfügung stehende Zeit kann durch die Zeit bestimmt werden, die dem Kraftstoff für jede Einspritzung zur Verfügung steht, von dem Zeitpunkt seiner Einspritzung bis zu dem Zeitpunkt an dem sich das Einlassventil öffnet. Dies ist eine Funktion von Motordrehzahl, Einspritzungszeitsteuerung und Einlassventilnockenzeitsteuerung. Daher kann die Planung der Kraftstoffeinspritzung, um den maximalen Nutzen zu erhalten, eine Funktion aller oben aufgelisteten Parameter sein.
  • In der hier beschriebenen Ausführungsform kann ein anfängliches Einspritzungsprofil primär als Funktion der Verbrennungszahl und Motordrehzahl für einen jeweiligen Kraftstofftyp ablaufgeplant werden. Dieses Profil kann innerhalb jedes Zylinders basierend auf der Einlassventiltemperatur dieses Zylinders eingestellt werden. Dadurch, dass ein Kraftstoffeinspritzungsverhältnis basierend auf der Einlassventiltemperatur gewählt wird, wobei sich der Anteil des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs mit steigender Einlassventiltemperatur erhöht, können Vorteile genutzt werden, die mit der Einlasskanaleinspritzung einhergehen. In den Einlasskanal eingespritzter Kraftstoff kann mit steigender Einlassventiltemperatur im Einlasskanal schneller verdampfen und homogenisiert werden, wodurch die Emissionen verbessert werden.
  • Weitere Modifikationen des Modells können auf anderen Eingaben basieren. Zum Beispiel kann das Einspritzungsprofil als Funktion des im Kraftstoff enthaltenen Prozentsatzes an Ethanol modifiziert werden, um der anderen Verdampfungswärme und Verdampfungstemperatur (Siedepunkt) des Kraftstoffs Rechnung zu tragen.
  • Wendet man sich nun der 4 zu, so zeigt das Kennlinienfeld 400 eine beispielhafte Veränderung der Kraftstoffeinspritzungsmengen in einem Vierzylindermotor mit zunehmender Zahl von Verbrennungen ab einem Kaltstart. Das dargestellte Beispiel ist für einen Vierzylinder-Reihenmotor mit einer Zündfolge von 1-3-4-2.
  • Das Kennlinienfeld 400 zeigt die Verbrennungszahl entlang der x-Achse und umfasst Einspritzungsverhältnis-Kurvenaufnahmen für jeden Zylinder im Vierzylindermotor. Die oberste Kurvenaufnahme ist für Zylinder 1, der zuerst zündet, die zweite Kurvenaufnahme (von oben) ist für Zylinder 3, der als zweiter zündet, die dritte Kurvenaufnahme (von oben) ist für Zylinder 4, der als dritter zündet, die letzte Kurvenaufnahme ist für Zylinder 2, der als vierter zündet, wonach sich der Zyklus wiederholt. Jede Einspritzung umfasst einen über ein Einlasskanal-Einspritzventil (412) eingespritzten Kraftstoffteil und einen über ein Direkt-Einspritzventil (414) eingespritzten Kraftstoffteil. Der in den Einlasskanal eingespritzte Kraftstoffteil ist durch einen kreuzschraffierten Block angegeben, während der direkteingespritzte Kraftstoffteil durch einen gepunkteten Block angegeben ist. Die Kurvenaufnahme 422 stellt die Einlassventiltemperatur (IVT) dar und die Linie 421 stellt eine Schwellentemperatur dar. Die Linie 423 unterteilt die Verbrennungen in eine erste Kaltstartphase (links) und eine zweite Leerlaufphase (rechts).
  • Bei einem Kaltstart, während Zylinder 1 eine erste Zylinderverbrennung durchläuft, ist die Einlassventiltemperatur wesentlich niedriger als der Schwellenwert (421) und es wird ein Einspritzungsverhältnis gewählt, das einen kleineren Teil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff und einen größeren Teil von direkt eingespritztem Kraftstoff umfasst. Da die Einlasskanaltemperatur in allen Zylindern für die ersten 4 Verbrennungen unter dem Schwellenwert liegt, umfasst das anfängliche Kraftstoffeinspritzungsprofil für alle Motorzylinder ein Einspritzungsverhältnis mit einem höheren Anteil von über Direkteinspritzung relativ zu über Einlasskanaleinspritzung zugeführtem Kraftstoff.
  • Bei Verbrennung Nummer 6 liegt die Einlassventiltemperatur in Zylinder 3 geringfügig unter dem Schwellenwert (Linie 421) und das Steuergerät kann den Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff um eine stufenweise Menge erhöhen. Insbesondere kann die Einlassventiltemperatur aktiv beobachtet werden und der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff kann mit sich dem Schwellenwert nähernder Einlassventiltemperatur allmählich erhöht werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Steuergerät das erste Einspritzungsprofil, mit einem Kraftstoffeinspritzungsverhältnis mit einem kleineren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff, aufrechterhalten bis die Einlassventiltemperatur in Zylinder 3 den Schwellenwert erreicht. Das Einspritzungsprofil kann in ein zweites Profil und ein Einspritzungsverhältnis mit einem höheren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff übergeleitet werden, nachdem die Einlassventiltemperatur den Schwellenwert überschreitet.
  • Von daher kann die Einlassventiltemperatur für jeden Zylinder basierend auf Faktoren wie der Zylinderlast, Kühlmitteltemperatur und Lage der speziellen Zylinder im Verbrennungsmotorblock abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Lage eines Zylinders von dessen Zündfolge beeinflusst sein und seine Position relativ zu Kühlmittelschleifen kann die Menge an Wärmeübertragung zum/vom Zylinder bestimmen. Die Einlassventiltemperatur für Zylinder 3 kann schneller ansteigen als die von Zylinder 4, da Zylinder 3 im Inneren des Motorblocks positioniert ist, verglichen mit der außenliegenden Position von Zylinder 4. Obwohl Zylinder 2 sich im Verbrennungsmotorblock in einer innenliegenden Position befindet, kann seine Temperatur aufgrund seiner Position in der Zündfolge vergleichsweise langsamer ansteigen.
  • Bei Verbrennung Nummer 9 hat die Einlassventiltemperatur in Zylinder 1 den Schwellenwert überschritten und das Steuergerät überführt Zylinder 1 in ein Einspritzungsverhältnis, in dem der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff relativ zum anfänglichen Kaltstartprofil erhöht wird und ein Anteil von direkteingespritztem Kraftstoff relativ zum anfänglichen Kaltstartprofil reduziert wird. Diese Erhöhung kann zur Differenz zwischen der Einlassventiltemperatur und dem Schwellenwert proportional sein. Insbesondere gilt, je höher die Differenz zwischen Einlassventiltemperatur und Schwellenwert, desto größer der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff. Die Erhöhung des Anteils an in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff kann jedoch durch seine Wirkung auf die Motorleistung begrenzt sein.
  • Bei Verbrennung Nummer 10 können die Abgaskatalysatoren ihren Ansprechpunkt erreicht haben und der Verbrennungsmotor kann nun auf Leerlaufdrehzahl arbeiten, woraufhin der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff auch dann erhöht wird, wenn die Einlassventiltemperatur innerhalb eines Zylinders die Schwellentemperatur nicht überschritten hat. Der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff wird somit in Zylinder 4 bei Verbrennung Nummer 11 erhöht, obwohl die Einlassventiltemperatur in Zylinder 4 niedriger ist als der Schwellenwert. Die Erhöhung der Menge von in Reaktion auf die Verbrennungen in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff kann jedoch geringer sein als eine entsprechende Erhöhung des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs wenn die Einlassventiltemperatur in Zylinder 4 den Schwellenwert übersteigt. Zylinder 2 empfängt daher bei Verbrennung Nummer 12 einen höheren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff als Zylinder 4 bei Verbrennung Nummer 11, da die Einlassventiltemperatur im Zylinder 2 höher ist als der Schwellenwert.
  • Außerdem arbeiten Zylinder 1, 2 und 3 nach Verbrennung 8 mit einem relativ höheren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff, während Zylinder 4 bei Verbrennung 11 mit einem vergleichsweise kleineren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff arbeitet. Dies liegt daran, dass die Einlassventiltemperatur in Zylinder 4 wesentlich niedriger ist als der Schwellenwert, wohingegen die Einlassventiltemperatur innerhalb der verbleibenden Zylinder den Schwellenwert überschritten hat.
  • Bei Verbrennung Nummer 13 ist das Einspritzungsprofil in Zylinder 1 vollständig in ein Leerlaufprofil übergegangen, da die Einlassventiltemperatur höher ist als der Schwellenwert und die Zahl von Verbrennungen soweit angestiegen ist, dass der Verbrennungsmotor eine Leerlaufdrehzahl erreicht hat. Das Leerlaufeinspritzungsprofil umfasst ein Einspritzungsverhältnis, bei dem die Menge von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff wesentlich höher ist als die während eines Kaltstarts über das Einlasskanal-Einspritzventil zugeführten Menge Kraftstoffs. Das Einspritzungsverhältnis in Zylinder 4 bei Verbrennung Nummer 15 ist weiterhin das des ersten Kaltstartprofils obwohl der Verbrennungsmotor in einer Leerlaufphase arbeitet, da die Einlassventiltemperatur in Zylinder 4 auf dem Schwellenwert liegt. Zylinder 1, 2 und 3 können daher mit einem anderen Einspritzungsprofil (z.B. für ein Leerlaufeinspritzventil) arbeiten als Zylinder 4, bis die Einlassventiltemperatur in Zylinder 4 den Schwellenwert übersteigt. Ferner wird Zylinder 1 früher in ein Leerlaufprofil übergeleitet als Zylinder 4. Insbesondere wird Zylinder 1 nach 12 Verbrennungen in das Leerlaufprofil übergeleitet, während Zylinder 4 wesentlich später, z.B. nach 18 Verbrennungen (in 4 nicht gezeigt) übergeleitet werden kann. Die Kraftstoffeinspritzung innerhalb von Zylindern 2 und 3 wird später in ein Leerlaufprofil übergeleitet als Zylinder 1, aber früher als Zylinder 4. Auf diese Weise kann ein erster Zylinder relativ zu einem zweiten Zylinder früher in ein Leerlaufprofil übergeleitet werden, wobei der erste Zylinder nach einer kleineren Zahl von Verbrennungen seit dem Motorstart übergeleitet werden kann, und der zweite Zylinder nach einer zweiten, höheren Zahl von Verbrennungen seit dem Motorstart.
  • Wendet man sich nun der 5 zu, so zeigt das Kennlinienfeld 500 eine andere Ausführungsform von Einspritzungsverhältnisveränderungen innerhalb zweier verschiedener Zylinder bei zunehmender Zahl von Verbrennungen. Das Kennlinienfeld 500 zeigt eine beispielhafte Veränderung innerhalb von zwei Zylindern eines Vierzylinder-Reihenmotors mit einer Zündfolge 1-3-4-2.
  • Das Kennlinienfeld 500 zeigt die Verbrennungs-Nummer entlang der x-Achse und enthält Einspritzungsverhältniskurvenaufnahmen für einen Zylinder auf der y-Achse. Die oberste Kurvenaufnahme stellt Zylinder 1 dar, der zuerst zündet, und die zweite Kurvenaufnahme (von oben) stellt Zylinder 4 dar, der in der Reihenfolge als drittes zündet. Ein erstes Einspritzungsverhältnis ist durch Block 508 und 510 dargestellt, und ein zweites Einspritzungsverhältnis ist durch Block 512 und 514 dargestellt. Jede Einspritzung umfasst einen über ein Einlasskanal-Einspritzventil (kreuzschraffiert) eingespritzten Kraftstoffteil und einen über ein Direkt-Einspritzventil (gepunkteter Block) eingespritzten Kraftstoffteil. Die Kurvenaufnahme 522 stellt die Einlassventiltemperatur (IVT) dar und die Linie 521 stellt eine Mindestschwellentemperatur dar.
  • In dem in 5 gezeigten Beispiel verwendet das Steuergerät zwei vorbestimmte Einspritzungsprofile für einen jeweiligen Alkoholgehalt in einem Kraftstoff: ein erstes Einspritzungsprofil für einen Kaltstartzustand und ein zweites Profil wenn die Einlassventiltemperatur innerhalb eines Zylinders höher ist als der Schwellenwert. Das erste Einspritzungsprofil umfasst ein Einspritzungsverhältnis, in dem der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff niedriger ist und das zweite Einspritzungsprofil umfasst einen höheren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff.
  • Die Zylinder 1 und 4 werden bis zu Verbrennung Nummer 9, wo die Einlassventiltemperatur innerhalb von Zylinder 1 den Schwellenwert (Linie 521) überschreitet, mit einem ersten Einspritzungsprofil (508 & 510) betrieben. Das Einspritzungsverhältnis innerhalb von Zylinder 1 wird dann in das zweite Profil (512 & 514) mit einem größeren Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff übergeleitet. Zylinder 4 wird jedoch bis zu Verbrennung 16 weiterhin mit dem ersten Einspritzungsprofil mit einem kleineren Verhältnis an in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff betrieben, wo seine Einlassventiltemperatur über den Schwellenwert ansteigt. Bei und nach Verbrennung 16 werden somit beide Zylinder 1 und 4 mit dem zweiten Einspritzungsprofil betrieben.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform bleibt das Kraftstoffeinspritzungsverhältnis gleich, bis die Einlassventiltemperatur den Schwellenwert überschreitet. Bei anderen in Bezug auf 2, 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Einspritzungsverhältnis mit steigender Verbrennungszahl und Annäherung der Einlassventiltemperatur an den Schwellenwert allmählich erhöhen. Insbesondere kann der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff mit zunehmender Zahl von Verbrennungen ab dem Motorstart von einem ersten bei einem Kaltstart verwendeten kleineren Anteil zunehmen, bis die Einlassventiltemperaturschwelle erreicht ist.
  • In weiteren Darstellungen kann eine Motorsteuerung ein Verhältnis eines ersten, dem Zylinder über Direkteinspritzung zugeführten Kraftstoffs im Verhältnis zu einem zweiten, dem Zylinder über Einlasskanaleinspritzung zugeführten Kraftstoffs basierend auf einer Temperatur eines Einlassventils des Zylinders und ferner basierend auf einem Alkoholgehalt des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs einstellen. Zum Beispiel kann, bei steigender Einlassventiltemperatur des Zylinders, eine Menge an zweitem Kraftstoff, der in den Einlasskanal eingespritzt wird, erhöht werden, während eine Menge an erstem Kraftstoff, der direkt eingespritzt wird, verringert werden kann, während die Motordrehmomentausgabe gleich bleibt. Bei einem anderen Beispiel kann mit steigendem Alkoholanteil des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs ein direkt eingespritzter Anteil von Kraftstoff erhöht werden. Der Anteil des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs kann dann mit steigender Einlassventiltemperatur des jeweiligen Zylinders erhöht werden. Bei noch einer anderen Darstellung kann während eines Motorkaltstarts ein Zylinder für eine erste Zahl von Verbrennungen nur über Direkteinspritzung mit Kraftstoff beliefert werden. Sobald dann die Einlassventiltemperatur ausreichend hoch ist, kann der Zylinder für eine zweite Anzahl von Verbrennungen über zumindest eine Direkteinspritzung (mit demselben Kraftstoff oder einem anderen Kraftstoff) mit Kraftstoff beliefert werden.
  • Auf diese Weise kann ein Verbrennungsmotor mit dualem Kraftstoffeinspritzungssystem mit Einlasskanal- und Direkteinspritzventilen so betrieben werden, dass er von einer Kraftstoffanteils-Ablaufplanung profitiert. Ein Steuergerät kann eine mittels eines Einlasskanal-Einspritzventils zugeführte Kraftstoffmenge für jeden Zylinder anhand der Einlassventiltemperatur innerhalb dieses Zylinders, der Motordrehzahl und des Kraftstoffalkoholgehalts planen. Dadurch, dass der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff basierend auf der Einlassventiltemperatur eingestellt wird, können Verbesserungen der Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs erzielt werden. Dadurch, dass bei Kaltstarts, wenn die Einlassventiltemperatur unter einem Schwellenwert liegt, ein kleinerer Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff gewählt wird, können Partikelemissionen reduziert werden. Außerdem können eine Pfützenbildung und Vergeudung von Kraftstoff im Einlasskanal reduziert werden. Dadurch, dass der Anteil von in den Einlasskanal eingespritztem Kraftstoff erhöht wird, wenn sich die Einlassventiltemperatur erhöht, kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden, da in den Einlasskanal eingesprühter Kraftstoff verdunstet und effizient homogenisiert wird. Insgesamt kann eine Verbesserung der Motorleistung erzielt werden.
  • Zu beachten ist, dass die hier beinhalteten beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen in verschiedenartigen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sein. Die hier beschriebenen speziellen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Zahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuerten, interruptgesteuerten, Multitasking-, Multithreading- und dergleichen Verarbeitungsstrategien darstellen. Von daher können verschiedene dargestellte Aktionen, Betätigungen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel erfolgen, oder in einigen Fällen entfallen. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern dient der Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der gezeigten Aktionen, Betätigungen und/oder Funktionen kann wiederholt durchgeführt werden, je nach der jeweils verwendeten Strategie. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Betätigungen und/oder Funktionen eine graphische Darstellung von Rechnercode darstellen, der in nicht-transitorische Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert werden kann.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausgestaltungen und Routinen von beispielhafter Natur sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf Sechszylindermotoren, Reihenmotoren mit vier oder sechs Zylindern, Zwölfzylindermotoren, Viertakt-Gegenkolbenmotoren und andere Verbrennungsmotortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Ausgestaltungen und anderen hier offenbarten Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder Entsprechungen davon beziehen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbindung von einem oder mehreren dieser Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr dieser Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche werden, unabhängig davon, ob ihr Schutzbereich gegenüber dem der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder anders ist, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8100107 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren für einen Verbrennungsmotor, das umfasst: ein Verhältnis eines einem Zylinder über Direkteinspritzung relativ zu Einlasskanaleinspritzung zugeführten Kraftstoffs basierend auf einer Temperatur eines Einlassventils des Zylinders einzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen umfasst, mit steigender Einlassventiltemperatur des Zylinders das Verhältnis von dem Zylinder über Einlasskanaleinspritzung zugeführtem Kraftstoff zu erhöhen und gleichzeitig das Verhältnis von über Direkteinspritzung zugeführtem Kraftstoff entsprechend zu verringern.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen auf Zylinder-für-Zylinder-Basis für jeden Motorzylinder basierend auf einer Einlassventiltemperatur des jeweiligen Motorzylinders ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Einlassventiltemperatur eines speziellen Motorzylinders basierend auf wenigstens einem von Zylinderlast, Kühlmitteltemperatur und Lage des speziellen Motorzylinders im Verbrennungsmotorblock abgeleitet werden kann.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, eine Zeitsteuerung einer Einlasskanaleinspritzung von Kraftstoff in den Zylinder basierend auf der Einlassventiltemperatur des Zylinders einzustellen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Einstellen der Zeitsteuerung umfasst, mit zunehmender Einlassventiltemperatur die Zeitsteuerung in Richtung Einlassventilöffnung nach früh zu verstellen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis ferner basierend auf einem Alkoholgehalt des eingespritzten Kraftstoffs eingestellt wird, wobei das Verhältnis von über Einlasskanaleinspritzung zugeführtem Kraftstoff mit steigendem Alkoholgehalt des eingespritzten Kraftstoffs verringert wird, wobei das Einlassventil ein nockenbetriebenes Ventil ist, das eine Öffnung zu einem Zylinderkolben schließt, wobei das Einlassventil beweglich in einem Zylinderkopf montiert ist, wobei die Einlassventiltemperatur basierend auf Betriebsbedingungen einschließlich Kühlmitteltemperatur, Zylinderkopftemperatur und Öltemperatur geschätzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei dem Zylinder ein erster Kraftstoff über Einlasskanaleinspritzung zugeführt wird und dem Zylinder ein zweiter Kraftstoff über Direkteinspritzung zugeführt wird, und wobei das Einstellen des Verhältnisses basierend auf einem Alkoholgehalt des eingespritzten Kraftstoffs ein Einstellen basierend auf einem Alkoholgehalt des in den Einlasskanal eingespritzten ersten Kraftstoffs umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen bei einem Motorneustart stattfindet und wobei das Verhältnis ferner basierend auf einer Verbrennungszahl seit dem Motorstart eingestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen ferner auf der Motordrehzahl basiert, wobei das Verhältnis von über Einlasskanaleinspritzung zugeführtem Kraftstoff mit zunehmender Motordrehzahl verringert wird.
  11. Verfahren für einen Verbrennungsmotor, das umfasst: bei einem Kaltstart einen ersten Zylinder relativ zu einem zweiten Zylinder früher von einem ersten Einspritzungsprofil in ein zweites Einspritzungsprofil überzuleiten, in Reaktion darauf, dass eine Einlassventiltemperatur des ersten Zylinders eine Schwellentemperatur früher erreicht als die Einlassventiltemperatur des zweiten Zylinders, wobei das erste Einspritzungsprofil relativ zum zweiten Einspritzungsprofil einen höheren Anteil von Direkteinspritzung aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste Einspritzungsprofil einen ersten, höheren Anteil von Direkteinspritzung relativ zu Einlasskanaleinspritzung umfasst, und wobei das zweite Einspritzungsprofil ein zweites, niedrigeres Verhältnis von Direkteinspritzung relativ zu Einlasskanaleinspritzung umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Einspritzungsprofil ferner eine Zeitsteuerung der Einlasskanaleinspritzung umfasst, die relativ zur Zeitsteuerung der Einlasskanaleinspritzung des zweiten Einspritzungsprofils von der Einlassventilöffnung mehr nach früh verstellt ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein früheres Überleiten des ersten Zylinders relativ zum zweiten Zylinder umfasst, den ersten Zylinder nach einer ersten, kleineren Zahl von Verbrennungen seit dem Motorstart überzuleiten, und den zweiten Zylinder nach einer zweiten, größeren Zahl von Verbrennungen seit dem Motorstart überzuleiten.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das frühere Überleiten des ersten Zylinders ferner umfasst, nach der ersten Zahl von Verbrennungen den ersten Zylinder mit dem zweiten Einspritzungsprofil zu betreiben und gleichzeitig den zweiten Zylinder weiter mit dem ersten Einspritzungsprofil zu betreiben, und nach der zweiten Zahl von Verbrennungen den ersten und zweiten Zylinder jeweils mit dem zweiten Einspritzungsprofil zu betreiben.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Schwellentemperatur auf einem Alkoholgehalt des in den Einlasskanal eingespritzten Kraftstoffs basiert, wobei mit steigendem Alkoholgehalt die Schwellentemperatur erhöht wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Einlassventiltemperatur des ersten Zylinders basierend auf einer Position des ersten Zylinders in einem Motorblock abgeleitet wird, und wobei die Einlassventiltemperatur des zweiten Zylinders basierend auf einer Position des zweiten Zylinders im Motorblock abgeleitet wird.
  18. Ein Verbrennungsmotorsystem, das umfasst: einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, ein mit dem Zylinder gekoppeltes erstes Einlasskanal-Einspritzventil, ein mit dem Zylinder gekoppeltes zweites Direkt-Einspritzventil, und ein Steuerungssystem mit computerlesbaren Anweisungen zum Erzeugen eines anfänglichen Kraftstoffeinspritzungsprofils für den Zylinder basierend auf Motordrehzahl und Verbrennungszahl, und selektives Modifizieren des anfänglichen Kraftstoffeinspritzungsprofils während einer Verbrennung im Zylinder basierend auf einer Einlassventiltemperatur des Zylinders.
  19. System nach Anspruch 18, wobei das anfängliche Kraftstoffeinspritzungsprofil einen ersten Anteil von über das Direkt-Einspritzventil zugeführtem Kraftstoff und einen zweiten Anteil von über das Einlasskanal-Einspritzventil zugeführtem Kraftstoff umfasst, und wobei das selektive Modifizieren des anfänglichen Kraftstoffeinspritzungsprofils während einer Verbrennung im Zylinder umfasst, mit steigender Einlassventiltemperatur des Zylinders den zweiten Anteil zu erhöhen und gleichzeitig den ersten Anteil entsprechend zu verringern.
  20. System nach Anspruch 19, wobei das anfängliche Kraftstoffeinspritzungsprofil ferner eine Zeitsteuerung der Einlasskanaleinspritzung umfasst, die bei geschlossenem Einlassventil stattfindet, und wobei das selektive Modifizieren des anfänglichen Kraftstoffeinspritzungsprofils ferner umfasst, die Zeitsteuerung der Einlasskanaleinspritzung in Richtung Öffnung des Einlassventils nach spät zu verstellen.
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