DE102016123604A1 - Rückkopplungsgesteuertes System zur Verteilung geladener Zündungsförderertröpfchen - Google Patents

Rückkopplungsgesteuertes System zur Verteilung geladener Zündungsförderertröpfchen Download PDF

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Abstract

Offenbart wird ein Motorsystem (54). Das Motorsystem kann einen Motor (10) mit zumindest einem Zylinder (14) aufweisen. Das Motorsystem kann auch eine erste Quelle (34), die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff zur Verbrennung in dem Motor zuzuführen, sowie eine zweite Quelle (42) aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, ein Zündungsförderungsmaterial zur Verbrennung in dem Motor zuzuführen. Das Motorsystem kann eine Tröpfcheneinspritzdüse (40) aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, zumindest ein Tröpfchen (46) des Zündungsförderungsmaterials zu erzeugen, eine Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden, und das zumindest eine Tröpfchen an den zumindest einen Zylinder zuzuführen. Das Motorsystem kann auch ein Steuergerät (58) umfassen. Das Steuergerät kann dazu ausgestaltet sein, einen Motorparameter zu bestimmen, und die Menge an Aufladung auf der Grundlage des Motorparameters zu bestimmen. Darüber hinaus kann das Steuergerät dazu ausgestaltet sein, die Tröpfcheneinspritzdüse so einzustellen, dass sie die bestimmte Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anwendet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein rückkopplungsgesteuertes System und insbesondere ein rückkopplungsgesteuertes System zur Verteilung von geladenen Zündungsförderungströpfchen.
  • Hintergrund
  • Verbrennungsmotoren erzeugen Abgas als ein Nebenprodukt der Kraftstoffverbrennung innerhalb der Motoren. Motorabgas enthält unter anderem unverbrannten Kraftstoff, Stoffpartikel wie etwa Ruß, und Gase wie etwa Kohlenmonoxid und NOx. Um Emissionsbegrenzungsvorschriften zu erfüllen, ist es wünschenswert, die Menge an unverbranntem Kraftstoff, Ruß, und anderen Gasen im Motorabgas zu verringern. Aufgrund der steigenden Kosten von flüssigem Kraftstoff (z. B. Dieselkraftstoff), und um die Emissionsbegrenzungsvorschriften zu erfüllen, haben Motorhersteller Dual-Kraftstoff-Motoren und/oder Motoren mit gasförmigem Kraftstoff entwickelt.
  • In diesen Motoren hilft die Verwendung eines kostengünstigeren Kraftstoffs, zum Beispiel eines gasförmigen Kraftstoffs zusammen mit oder ohne einen flüssigen Kraftstoff, die Kosteneffizienz des Motors zu verbessern. Die Verwendung von gasförmigem Kraftstoff, um herkömmliche flüssige Kraftstoffe wie etwa Benzin oder Dieselkraftstoff zu ersetzen, kann helfen, die Menge an Ruß und/oder anderen unerwünschten Gasen im Abgas zu verringern. Um zunehmend strengere Emissionsbegrenzungsvorschriften zu erfüllen, können diese Motoren mit einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, was verhindern kann, dass der Kraftstoff innerhalb der Verbrennungskammer vollständig verbrannt wird.
  • Eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs kann zur Bildung unerwünschter Mengen von NOx führen. Des Weiteren nimmt jeglicher Kraftstoff, der unverbrannt bleibt und aus den Verbrennungskammern entweicht, nicht an der Verbrennung teil, was die thermische Effizienz des Motors verringert. Der austretende unverbrannte Kraftstoff trägt auch zu der Gesamtmenge an unerwünschten Emissionen, die von dem Motor produziert werden, bei. Obwohl der unverbrannte Kraftstoff und NOx aus dem Abgas in einer oder mehreren Nachbehandlungseinrichtungen entfernt werden können, trägt die Implementierung dieser Einrichtungen zu den Betriebskosten des Motors bei. Daher ist es wünschenswert, die Menge an unverbranntem Kraftstoff und NOx in dem Abgas, das die Verbrennungskammer verlässt, zu verringern.
  • Eine Technik zur Verbesserung der Verbrennung des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer wird in der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2014/0090621 A1 an Hernandez et al. (”die ’621-Veröffentlichung”) offenbart, die am 3. April 2014 veröffentlicht wurde. Die ’621-Veröffentlichung offenbart ein Verbrennungssystem, das in einem Motor eingesetzt werden kann. Das Verbrennungssystem der ’621-Veröffentlichung umfasst eine Verbrennungskammer mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen, die dazu ausgestaltet sind, Kraftstoff in die Verbrennungskammer einzusprühen. Die ’621-Veröffentlichung offenbart, dass die Verbrennungskammer Elektroden umfassen kann, die ein elektrisches Feld zwischen der Kraftstoffeinspritzdüse und der Verbrennungskammer anlegen. Die ’621-Veröffentlichung erklärt, dass Kraftstofftröpfchen, die aus den Kraftstoffeinspritzdüsen austreten, geladen werden können, und einer Bahn folgen können, die durch das elektrische Feld, das innerhalb der Verbrennungskammer gebildet wird, geregelt wird. Die ’621-Veröffentlichung offenbart, dass alle diese Kraftstofftröpfchen ein im Wesentlichen ähnliches Potenzial haben, das sie veranlassen kann, sich voneinander abzustoßen und sich zu dem Kopf der Verbrennungskammer, den Seitenwänden der Verbrennungskammer und dem Boden der Verbrennungskammer hin auszubreiten.
  • Obwohl die ’621-Veröffentlichung die Verwendung eines elektrischen Felds offenbart, um die Verteilung von Kraftstofftröpfchen in einer Verbrennungskammer zu verbessern, kann das offenbarte System doch nicht optimal sein. Insbesondere steuert das Verfahren der ’621-Veröffentlichung nicht das Ausmaß der Aufladung an den Kraftstofftröpfchen, die in die Verbrennungskammer eingespritzt werden. Da Kraftstofftröpfchen mit demselben Ausmaß an Aufladung sich voneinander um denselben Abstand abstoßen können, kann die Verteilung der Kraftstofftröpfchen innerhalb der Verbrennungskammer suboptimal sein. Darüber hinaus legt das System der ’621-Veröffentlichung ein elektrisches Feld zwischen den Kraftstoffeinspritzdüsen und den Wänden der Verbrennungskammern fest. Obwohl somit die Kraftstofftröpfchen einander abstoßen können, können sie von den Wänden der Verbrennungskammer angezogen werden, was den Kraftstofftröpfchen erlaubt, auf die Wände der Verbrennungskammer zu treffen und daran zu haften. Kraftstoff an den Wänden der Verbrennungskammer kann während des Verbrennungszyklus nicht vollständig verbrannt werden, und kann mit Abgas, das aus der Verbrennungskammer austritt, ausgestoßen werden.
  • Das Motorsystem der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme im Stand der Technik.
  • Zusammenfassung
  • Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Motorsystem. Das Motorsystem kann einen Motor umfassen. Der Motor kann zumindest einen Zylinder umfassen. Das Motorsystem kann auch eine erste Quelle umfassen, die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff zur Verbrennung in dem Motor zuzuführen. Das Motorsystem kann eine zweite Quelle umfassen, die dazu ausgestaltet ist, ein Zündungsförderungsmaterial zur Verbrennung in dem Motor zuzuführen. Das Motorsystem kann auch eine Tröpfcheneinspritzdüse umfassen. Die Tröpfcheneinspritzdüse kann dazu ausgestaltet sein, zumindest ein Tröpfchen des Zündungsförderungsmaterials zu erzeugen. Die Tröpfcheneinspritzdüse kann auch dazu ausgestaltet sein, eine Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden. Des Weiteren kann die Tröpfcheneinspritzdüse dazu ausgestaltet sein, das zumindest eine Tröpfchen an den zumindest einen Zylinder zu liefern. Das Motorsystem kann auch ein Steuergerät umfassen. Das Steuergerät kann dazu ausgestaltet sein, einen Motorparameter zu bestimmen. Das Steuergerät kann auch dazu ausgestaltet sein, die Menge an Aufladung auf der Grundlage des Motorparameters zu bestimmen. Darüber hinaus kann das Steuergerät dazu ausgestaltet sein, die Tröpfcheneinspritzdüse so zu steuern, dass die bestimmte Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen angewendet wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Betreiben eines Motors. Das Verfahren kann das Zuführen von Luft zur Verbrennung an zumindest einen Zylinder des Motors umfassen. Das Verfahren kann des Weiteren das Liefern von Kraftstoff an den zumindest einen Zylinder zur Verbrennung umfassen. Das Verfahren kann auch das Liefern eines Zündungsförderungsmaterials an eine Tröpfcheneinspritzdüse umfassen. Darüber hinaus kann das Verfahren das Bestimmen eines Motorparameters auf Grundlage von Signalen, die von zumindest einem Sensor empfangen werden, der dem Motor zugeordnet ist. Das Verfahren kann das Erzeugen zumindest eines Tröpfchens eines Zündungsförderungsmaterials umfassen. Das Verfahren kann auch das Bestimmen einer Menge an Aufladung auf Grundlage des Motorparameters umfassen. Des Weiteren kann das Verfahren das Anwenden der bestimmten Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen umfassen. Das Verfahren kann auch das Verbrennen des zumindest einen Tröpfchens und des Kraftstoffs in dem zumindest einen Zylinder umfassen.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Motor. Der Motor kann eine Vielzahl von Zylindern umfassen. Der Motor kann auch eine Einlasssammelleitung umfassen, die dazu ausgestaltet ist, Luft zur Verbrennung an die Zylinder zu liefern. Der Motor kann des Weiteren eine Abgassammelleitung umfassen, die dazu ausgestaltet ist, Abgas aus den Zylindern abzuführen. Der Motor kann auch eine erste Quelle umfassen, die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff zur Verbrennung in den Zylindern zuzuführen. Der Motor kann auch eine zweite Quelle umfassen, die dazu ausgestaltet ist, ein Zündungsförderungsmaterial zuzuführen. Des Weiteren kann der Motor einen Tröpfchenerzeuger umfassen, der dazu ausgestaltet ist, das Zündungsförderungsmaterial von der zweiten Quelle zu empfangen und zumindest ein Tröpfchen des Zündungsförderungsmaterials zu erzeugen. Der Motor kann auch einen Aufladungserzeuger umfassen, der dazu ausgestaltet ist, eine Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden. Darüber hinaus kann der Motor ein Steuergerät umfassen. Das Steuergerät kann dazu ausgestaltet sein, einen Motorparameter zu bestimmen. Das Steuergerät kann auch dazu ausgestaltet sein, die Menge an Aufladung auf der Grundlage des Motorparameters zu bestimmen. Des Weiteren kann das Steuergerät dazu ausgestaltet sein, den Aufladungserzeuger so zu steuern, dass er die bestimmte Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anwendet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine diagrammatische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Motors;
  • 2 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Motorsystems, das mit dem Motor von 1 verwendet werden kann;
  • 3 ist ein Flussdiagramm und veranschaulicht ein beispielhaftes offenbartes Verfahren, das von dem Motorsystem von 2 ausgeführt wird;
  • 4 ist ein Graph, der eine beispielhafte Beziehung zwischen der thermischen Effizienz des Motors von 1 und der Anzahl von Tröpfchen aus einem Zündungsförderungsmaterial zeigt;
  • 5 ist ein Graph, der eine beispielhafte Beziehung zwischen einem Durchmesser eines Zylinders des Motors von 1 und der Anzahl von Tröpfchen und Tröpfchengrößen des Zündungsförderungsmaterials zeigt;
  • 6 ist ein Graph, der eine beispielhafte Beziehung zwischen Tröpfchengrößen von Tröpfchen des Zündungsförderungsmaterials und der Motordrehzahl des Motors von 1 zeigt;
  • 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Aufladungsvariation an den Tröpfchen des Zündungsförderungsmaterials und der Motordrehzahl des Motors von 1 zeigt;
  • 8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Verbrennungsdauer und der Aufladungsvariation an den Tröpfchen des Zündungsförderungsmaterials zeigt; und
  • 9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Verbrennungsdauer und der Tröpfcheneinspritz-Zeitsteuerung zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 veranschaulicht einen beispielhaften Verbrennungsmotor 10. Der Motor 10 kann ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Viertakt-Motor sein. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 ein beliebiger anderer Typ von Verbrennungsmotor sein kann, beispielsweise etwa ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Zweitakt-Motor, ein mit zwei Kraftstoffen betriebener Zweitakt- oder Viertakt-Motor, oder ein Zweitakt- oder Viertakt-Diesel- oder Benzinmotor. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 ein Funkenzündungsmotor oder ein Kompressionszündungsmotor sein kann. Der Motor 10 kann unter anderem einen Motorblock 12 umfassen, der zumindest zum Teil einen Zylinder 14 definiert. Der Kolben 16 kann verschiebbar innerhalb des Zylinders 14 angeordnet sein. Der Zylinderkopf 18 kann mit dem Motorblock 12 verbunden sein, um ein Ende des Zylinders 14 abzuschließen. Der Kolben 16 kann zusammen mit dem Zylinderkopf 18 die Verbrennungskammer 20 definieren. Es wird in Betracht gezogen, dass der Motor 10 eine beliebige Anzahl von Verbrennungskammern 20 umfassen kann. Darüber hinaus können die Verbrennungskammern 20 in dem Motor 10 in einer ”Reihen”-Konfiguration, einer ”V”-Konfiguration, einer gegenüberliegenden Kolbenkonfiguration, oder in einer beliebigen anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein.
  • Der Kolben 16 kann dazu ausgebildet sein, zwischen einem unteren Totpunkt (UT) oder einer untersten Stellung innerhalb des Zylinders 14 und einem oberen Totpunkt (OT) oder einer obersten Stellung zu oszillieren. Wie ebenfalls in 1 dargestellt, kann der Motor 10 eine Kurbelwelle 22 umfassen, die drehbar innerhalb des Motorblocks 12 an einer Position gegenüber dem Zylinderkopf 18 angeordnet ist. Eine Pleuelstange 24 kann schwenkbar mit dem Kolben 16 über den Bolzen 26 an einem Ende und mit der Kurbelwelle 22 an dem anderen Ende verbunden sein. Die oszillierende Bewegung des Kolbens 16 innerhalb des Zylinders 14 von dem benachbarten Zylinderkopf 18 zu der Kurbelwelle 22 hin und umgekehrt kann durch die Pleuelstange 24 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 22 übertragen werden. In ähnlicher Weise kann die Drehung der Kurbelwelle 22 durch die Pleuelstange 24 in eine oszillierende Bewegung des Kolbens 16 innerhalb des Zylinders 14 übertragen werden. Dreht sich die Kurbelwelle 22 über etwa 180 Grad, können sich der Kolben 16 und die Pleuelstange 24 durch einen vollständigen Hub zwischen UT und OT bewegen.
  • Bewegt sich der Kolben von der OT- in die UT-Stellung, kann Luft von der Einlasssammelleitung 28 in die Verbrennungskammer 20 über ein oder mehrere Einlassventile 30 eingezogen werden. Wenn sich der Kolben 16 innerhalb des Zylinders 14 von dem Zylinderkopf 18 weg nach unten bewegt, können sich insbesondere ein oder mehrere Einlassventile 30 öffnen und Luft von der Einlasssammelleitung 28 in die Verbrennungskammer 20 strömen lassen. Wenn die Einlassventile 30 offen sind und ein Druck der Luft an den Lufteinlassanschlüssen 20 größer ist als ein Druck innerhalb der Verbrennungskammer 20, wird Luft durch die Lufteinlassanschlüsse 32 in die Verbrennungskammer 22 strömen. Die Einlassventile 30 können in der Folge geschlossen werden, zum Beispiel während einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 16 von UT nach OT.
  • Wie weiter in 1 veranschaulicht, kann der Motor 10 eine erste Quelle 34 umfassen, die über den Durchgang 36 mit der Einlasssammelleitung 28 verbunden sein kann. Die erste Quelle 34 kann ein Kraftstofftank sein, der dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff zur Verbrennung an den Zylinder 14 zuzuführen. Zum Beispiel kann die erste Quelle 34 einer oder mehreren Pumpen (nicht dargestellt), einem oder mehreren Ventilen (nicht dargestellt), und/oder anderen Kraftstoffzufuhrkomponenten zugeordnet sein, die in der Technik zur Zufuhr von Kraftstoff zur Verbrennung an den Zylinder 14 wohl bekannt sind. Obwohl 1 veranschaulicht, dass die erste Quelle 34 Kraftstoff an die Einlasssammelleitung 28 zuführt, wird auch in Betracht gezogen, dass die erste Quelle 34 und der Durchgang 36 zusätzlich oder alternativ dazu ausgestaltet sein können, Kraftstoff direkt an die Verbrennungskammer 20 zu liefern. Die erste Quelle 34 kann einen flüssigen Kraftstoff, zum Beispiel Diesel, Benzin, etc., oder gasförmigen Kraftstoff wie Erdgas zuführen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die erste Quelle 34 dazu ausgestaltet sein kann, den gasförmigen Kraftstoff in verflüssigter Form zu speichern, wenn gasförmiger Kraftstoff an den Motor 10 zugeführt wird.
  • Der Motor 10 kann eine Tröpfcheneinspritzdüse 40 umfassen, die in der Einlasssammelleitung 28 angeordnet sein kann. Die Tröpfcheneinspritzdüse 40 kann mit der zweiten Quelle 42 über den Durchgang 44 verbunden sein. Die zweite Quelle 42 kann ein Tank sein, der dazu ausgestaltet ist, ein Zündungsförderungsmaterial zu speichern, das die Verbrennung von Kraftstoff innerhalb der Verbrennungskammer 20 auslöst und/oder fördert. Das Zündungsförderungsmaterial kann Schmieröl oder einen beliebigen anderen Typ Flüssigkeit umfassen, der die Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer fördern kann. Die Tröpfcheneinspritzdüse 40 kann dazu ausgestaltet sein, Zündungsförderungsmaterial von der zweiten Quelle 42 anzusaugen und das Zündungsförderungsmaterial in die Einlasssammelleitung 28 in der Form von Tröpfchen 46 abzugeben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Tröpfcheneinspritzdüse 40 dazu ausgestaltet sein, eine vorbestimmte Anzahl von Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials in die Einlasssammelleitung 28 abzugeben. Die Anzahl an Tröpfchen 46, die von der Tröpfcheneinspritzdüse 40 abgegeben werden, können ein gleichmäßige Tröpfchengröße oder eine ungleichmäßige Tröpfchengröße aufweisen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Tröpfchengröße des Tröpfchens 46 durch einen durchschnittlichen Durchmesser des Tröpfchens 46 dargestellt werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Tröpfchengröße des Tröpfchens 46 durch ein Volumen des Zündungsförderungsmaterials in dem Tröpfchen 46 dargestellt werden. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass eine Erhöhung oder Verringerung des durchschnittlichen Durchmessers des Tröpfchens 46 zu einer entsprechenden Erhöhung oder Verringerung des Zündungsförderungsmaterials in dem Tröpfchen 46 führen kann.
  • Obwohl nur eine in der Einlasssammelleitung 28 angeordnete Tröpfcheneinspritzdüse 40 in 1 veranschaulicht ist, wird auch in Betracht gezogen, dass eine beliebige Anzahl von Tröpfcheneinspritzdüsen 40 in der Einlasssammelleitung 28 angeordnet werden kann. Obwohl 1 die Tröpfcheneinspritzdüse 40 in der Einlasssammelleitung 28 angeordnet veranschaulicht ist, wird darüber hinaus in Betracht gezogen, dass eine oder mehrere Tröpfcheneinspritzdüsen 40 zusätzlich oder alternativ in dem Zylinderkopf 18 angeordnet sein können, wie durch die unterbrochenen Linien in 1 dargestellt. Somit können die eine oder mehreren Tröpfcheneinspritzdüsen 40 Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials an die Einlasssammelleitung 28 oder die Verbrennungskammer 20 oder an beide liefern. Die Tröpfcheneinspritzdüsen 40 können die Tröpfchen 46 vor, während oder nach dem Eintritt von Einlassgasen von der Einlasssammelleitung 28 in die Verbrennungskammer 20 liefern. Wenn die Tröpfcheneinspritzdüsen 40 die Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials in die Einlasssammelleitung 28 liefern, können sich die Tröpfchen 46 mit den Einlassgasen, die Luft und Kraftstoff umfassen und durch die Einlasssammelleitung 28 in die Verbrennungskammer 20 strömen, mitbewegen.
  • Während sich der Kolben 16 von der UT- in die OT-Stellung von der benachbarten Kurbelwelle 22 zu dem Zylinderkopf 18 hin bewegt, kann der Kolben 16 Luft, Kraftstoff und Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials, die in der Verbrennungskammer 20 vorliegen, mischen und verdichten. Während das Gemisch innerhalb der Verbrennungskammer 20 verdichtet wird, erhöhen sich Druck und Temperatur des Gemisches. Schließlich erreichen Druck und die Temperatur des Gemischs einen Punkt, an dem die Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials sich entzünden können. Die Verbrennung der Tröpfchen 46 kann des Weiteren Druck und Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer 20 erhöhen. Die erhöhte Temperatur in der Verbrennungskammer 20 kann helfen, die Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 auszulösen. Die Verbrennung von Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials und des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 kann eine Erhöhung des Drucks in der Verbrennungskammer 20 verursachen, was den Kolben 16 veranlassen kann, sich gleitend von dem Zylinderkopf 18 weg zu der Kurbelwelle 22 hin zu bewegen. Die Verschiebungsbewegung des Kolbens 16 innerhalb des Zylinders 14 kann durch die Pleuelstange 24 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 22 übertragen werden. Obwohl oben die Kompressionszündung des Zündungsförderungsmaterials und/oder des Luft-/Kraftstoff-Gemischs beschrieben wurde, wird auch in Betracht gezogen, dass die Verbrennung der Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials und/oder des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 unter Verwendung eines Funkens, einer Glühkerze, einer Pilotflamme, oder durch ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes Verfahren ausgelöst werden kann.
  • An einem bestimmten Punkt während der Abwärtsbewegung des Kolbens 16 von OT nach UT, können sich ein oder mehrere Abgasanschlüsse 48 innerhalb des Zylinderkopfs 18 öffnen, um unter Druck stehendes Abgas innerhalb der Verbrennungskammer 20 in die Abgassammelleitung 50 austreten zu lassen. Insbesondere wenn sich der Kolben 16 innerhalb des Zylinders 14 nach unten bewegt, kann der Kolben 16 schließlich eine Stellung erreichen, in der die Auslassventile 52 sich bewegen, um fluidmäßig die Verbrennungskammer 20 mit den Abgasanschlüssen 48 in Verbindung zu setzen. Ist die Verbrennungskammer 20 in Fluidverbindung mit den Abgasanschlüssen 48 und ein Druck des Abgases in der Verbrennungskammer 20 größer als ein Druck innerhalb der Abgassammelleitung 50, tritt das Abgas aus der Verbrennungskammer 20 durch die Abgasanschlüsse 48 in die Abgassammelleitung 50 aus. In der offenbarten Ausführungsform kann die Bewegung der Einlassventile 30 und Auslassventile 52 zyklisch erfolgen und mittels eines oder mehrerer Nocken (nicht dargestellt) gesteuert werden, die mechanisch mit der Kurbelwelle 22 verbunden sind. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass die Bewegung der Einlassventile 30 und Auslassventile 52 wie gewünscht auf beliebige andere herkömmliche Weise gesteuert werden kann. Obwohl ein Betrieb eines Viertaktmotors oben in Bezug auf 1 beschrieben wurde, wird darüber hinaus in Betracht gezogen, dass der Motor 10 stattdessen auch ein Zweitaktmotor sein kann.
  • 2 veranschaulicht ein beispielhaftes Motorsystem 54, das in Verbindung mit dem Motor 10 verwendet werden kann. Das Motorsystem 54 kann Komponenten umfassen, die zusammenwirken, um eine Menge des Zündungsförderungsmaterials zu bestimmen und zu steuern, das an die Verbrennungskammer 20 geliefert werden kann. Wie in 2 veranschaulicht, kann das Motorsystem 54 die Tröpfcheneinspritzdüse 40, die Sensoranordnung 56 und das Steuergerät 58 umfassen. Die Tröpfcheneinspritzdüse 40 kann den Tröpfchenerzeuger 60 und den Aufladungserzeuger 62 umfassen. Der Tröpfchenerzeuger 60 kann dazu ausgestaltet sein, Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials zu erzeugen und die Tröpfchen 46 an die Einlasssammelleitung 28 und/oder die Verbrennungskammer 20 zu liefern. Der Tröpfchenerzeuger 60 kann mit einer oder mehreren mechanischen Einrichtungen ausgestattet sein, zum Beispiel Düsen, Ventilen, Kompressoren, Druckgaszufuhren etc., die zusammenwirken können, um einen Strom des Zündungsförderungsmaterials, der von der zweiten Quelle 42 (siehe 1) empfangen wird, in ein oder mehrere Tröpfchen 46 umzuwandeln. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Tröpfchenerzeuger elektrische oder elektromechanische Einrichtungen einsetzen kann, um die Tröpfchen 46 zu bilden.
  • Der Aufladungserzeuger 62 kann dem Tröpfchenerzeuger 60 zugeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, eine vorbestimmte Menge an elektrischer Aufladung auf die Tröpfchen 46 anzuwenden, die durch den Tröpfchenerzeuger 60 gebildet werden. Der Aufladungserzeuger 62 kann zum Beispiel die Induktionsaufladung, Diffusionsaufladung, Koronaraufladung, elektrostatische Aufladung, Feldaufladung, oder beliebige andere in der Technik bekannte Aufladungstechniken einsetzen, um eine Menge an elektrischer Aufladung auf die Tröpfchen 46 anzuwenden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Aufladungserzeuger 62 dazu ausgestaltet sein, ein elektrisches Feld zwischen Abschnitten des Tröpfchenerzeugers 60 und einer elektrischen Erdungsmasse anzulegen, um die vorbestimmte Menge an Aufladung auf die Tröpfchen 46 anzuwenden. Die vorbestimmte Menge an Aufladung kann in Coulombs gemessen werden oder kann indirekt als ein elektrisches Potenzial des Tröpfchens 46 relativ zu einer elektrischen Erdungsmasse dargestellt werden.
  • Die Sensoranordnung 56 kann die Temperatursensoren 64, 66, den Drucksensor 68, den Drehzahlsensor 70, den Lastsensor 72, die Strömungssensoren 74, 76, den Kurbelwinkelsensor 78, und den Emissionssensor 80 umfassen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Sensoranordnung 56 auch weniger oder zusätzliche Sensoren umfassen kann. Zum Beispiel kann die Sensoranordnung 56 zusätzliche Temperatur- und Drucksensoren umfassen, um die Temperatur und den Druck des Zündungsförderungsmaterials, der ersten Quelle 34, der zweiten Quelle 42, der Abgassammelleitung 50, etc. zu überwachen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Sensoranordnung 56 zusätzliche Sensoren umfassen kann, um zum Beispiel Druck und Temperatur des Schmiermittels, die Abgassammelleitungstemperatur, Temperatur und Druck des Kühlmittels und beliebiger anderer, in der Technik zur Überwachung der Funktion des Motors 10 bekannter Motorparameter zu überwachen.
  • Der Temperatursensor 64 kann in der Einlasssammelleitung 28 angeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, eine Temperatur von Einlassgasen zu überwachen, die durch die Einlasssammelleitung 28 strömen. In ähnlicher Weise kann der Temperatursensor 66 innerhalb der Verbrennungskammer 20 angeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, eine Temperatur eines Luft-/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer 20 zu überwachen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Temperatursensor 66 an einer Wand des Zylinders 14 oder in dem Zylinderkopf 18 angeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, eine Temperatur der Verbrennungskammer 20 zu überwachen. Die Temperatursensoren 64, 66, können Diodenthermometer, Thermistoren, Thermoelemente, Infrarotsensoren, oder beliebige andere Typen von Temperatursensoren, die in der Technik bekannt sind, umfassen.
  • Der Drucksensor 68 kann an einer Wand des Zylinders 14 oder in dem Zylinderkopf 18 angeordnet sein. Der Drucksensor 68 kann dazu ausgestaltet sein, einen Druck innerhalb der Verbrennungskammer 20 zu überwachen, während der Kolben 16 innerhalb des Zylinders 14 oszilliert. Der Drucksensor 68 kann piezoresistive Dehnstreifen, kapazitive Elemente, Sensoren vom piezoelektrischen Typ, Sensoren vom Verdrängungstyp, oder beliebige andere Typen von Drucksensoren, die in der Technik bekannt sind, umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Drucksensor 68 dazu ausgestaltet sein, einen indizierten effektiven Mitteldruck (IMEP) innerhalb der Verbrennungskammer 20 zu bestimmen. Der IMEP kann einen durchschnittlichen Druck in der Verbrennungskammer 20 darstellen, während der Kolben 16 sich zwischen OT und UT bewegt. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der IMEP für den Motor 10 auf der Grundlage anderer Motorparameter bestimmt werden kann, wie etwa einer Drehmomentausgabe des Motors 10, ob der Motor 10 ein Zweitakt- oder Viertaktmotor ist, einer Menge der volumetrischen Verdrängung des Zylinders 14, etc.
  • Der Drehzahlsensor 70 kann an oder benachbart zu der Kurbelwelle 22 angeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, eine dem Motor 10 zugeordnete Motordrehzahl zu überwachen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Motordrehzahl eine Drehzahl der Kurbelwelle 22 sein. Der Drehzahlsensor 70 kann einen herkömmlichen Drehzahldetektor mit einem feststehenden Element umfassen, das fest mit dem Motorblock 12 (siehe 1) verbunden und dazu ausgebildet ist, um eine relative Drehbewegung der Kurbelwelle 22 zu erfassen. Das feststehende Element kann ein magnetisches oder optisches Element sein, das dazu ausgestaltet ist, die Drehung eines Indexierelements zu erfassen (z. B. ein gezahntes Tonrad, einen eingebetteten Magnet, einen Kalibrierstreifen, Zähne eines Steuerrads, ein Nockenfortsatz, etc.) und mit der Kurbelwelle 22 verbunden, darin eingebettet ist oder auf andere Weise einen Abschnitt derselben bildet. Der Drehzahlsensor 70 kann benachbart zu dem Indexierelement angeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, jedesmal ein Signal zu erzeugen, wenn das Indexierelement (oder ein Abschnitt davon, zum Beispiel ein Zahn) nahe dem feststehenden Element vorbeiläuft. Die Drehzahl der Kurbelwelle 22 kann auf der Grundlage der Signale bestimmt werden, die von dem Drehzahlsensor 70 erzeugt werden. Andere Typen von Sensoren und/oder Strategien können ebenfalls oder alternativ eingesetzt werden, um eine dem Motor 10 zugeordnete Motordrehzahl zu bestimmen.
  • Der Lastsensor 72 kann ein beliebiger, in der Technik bekannter Typ von Sensor sein, der in der Lage ist, ein Lastsignal zu erzeugen, das eine Menge an Last, die an dem Motor 10 anliegt, angibt. Der Lastsensor 72 kann zum Beispiel ein dem Motor 10 zugeordneter Drehmomentsensor oder ein Beschleunigungsmesser sein. Ist der Lastsensor 72 als ein Drehmomentsensor verkörpert, kann das Lastsignal einer Veränderung des Drehmomentausgangs, die von dem Motor 10 erfahren wird, entsprechen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Drehmomentsensor physisch dem Motor 10 zugeordnet sein. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Drehmomentsensor ein virtueller Sensor sein, der verwendet wird, um den Drehmomentausgang des Motors 10 auf der Grundlage eines oder mehrerer anderer erfasster Parameter zu berechnen (z. B. Kraftstoffzufuhr zum Motor, Drehzahl des Motors, und/oder das Antriebsverhältnis des Getriebes oder Endantriebs). Ist der Lastsensor 72 als ein Beschleunigungsmesser verkörpert, kann der Beschleunigungsmesser einen herkömmlichen Beschleunigungsdetektor verkörpern, der fest mit dem Motorblock 12 oder anderen Komponenten des Motors 10 in einer Orientierung verbunden ist, die die Erfassung von Veränderungen in der Beschleunigung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung für den Motor 10 erlaubt.
  • Der Strömungssensor 74 kann in der Einlasssammelleitung 28 angeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, eine Luftströmungsrate in der Einlasssammelleitung 28 zu bestimmen. In ähnlicher Weise kann der Strömungssensor 76 in dem Durchgang 36 angeordnet sein und kann dazu ausgestaltet sein, eine Kraftstoffströmungsrate von der ersten Quelle 34 zu dem Zylinder 14 zu bestimmen. Die Strömungssensoren 74, 76 können Heiß- oder Kaltdrahtsensoren, Öffnungssensoren, Flügelsensoren, Membransensoren, druckdifferenzbasierte Sensoren, oder einen beliebigen anderen Typ von Strömungssensoren umfassen, der in der Technik bekannt ist.
  • Der Kurbelwinkelsensor 78 kann sich an einem Motorblock 12 befinden. Der Kurbelwinkelsensor 78 kann ein Halleffektsensor, ein optischer Sensor, ein magnetischer Sensor oder ein beliebiger anderer Typ von Kurbelwinkelsensor sein, der in der Technik bekannt ist. Der Kurbelwinkelsensor 78 kann dazu ausgestaltet sein, Signale zu senden, die den Kurbelwinkel θ (siehe 1) zwischen einer Längsachse 82 (siehe 1) der Pleuelstange 24 und einer Längsachse 84 (siehe 1) des Zylinders 14 angeben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Kurbelwinkelsensor 78 auch dazu ausgebildet sein, Signale zu senden, die eine Drehzahl der Kurbelwelle 22 angeben.
  • Der Emissionssensor 80 kann dazu ausgestaltet sein, eine Menge an Emissionen in dem Abgas, das durch die Abgassammelleitung 50 strömt, zu bestimmen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Emissionssensor 80 ein physischer NOx-Emissionssensor sein, der das NOx-Emissionsniveau in dem Abgas in der Abgassammelleitung 50 messen kann. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Emissionssensor 80 berechnete Werte für das NOx-Emissionsniveau auf der Grundlage anderer gemessener oder berechneter Parameter bereitstellen, etwa Kompressionsverhältnisse, Turboladereffizienz, Nachkühlereigenschaften, Temperaturwerte, Druckwerte, Umgebungsbedingungen, Kraftstoffraten und Motordrehzahlen etc. Es wird in Betracht gezogen, dass der Emissionssensor 80 andere Typen von Sensoren verkörpern kann, die in der Technik bekannt sind, um eine Menge an Ruß, eine Menge an NOx oder Mengen anderer Emissionsbestandteile in dem Abgas von dem Motor 10 zu bestimmen.
  • Obwohl 2 jeweils nur einen der Temperatursensoren 64, 66, einen Drucksensor 68, Drehzahlsensor 70, Lastsensor 72, einen der Strömungssensoren 74, 76, einen Kurbelwinkelsensor 78 und einen Emissionssensor 80 veranschaulicht, wird in Betracht gezogen, dass das Motorsystem 54 eine beliebige Anzahl von Temperatursensoren 64, 66, Drucksensoren 68, Drehzahlsensoren 70, Lastsensoren 72, Strömungssensoren 74, 76, Kurbelwinkelsensoren 78 und Emissionssensoren 80 umfassen kann. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 andere Typen von Sensoren umfassen kann, zum Beispiel Temperatursensoren, Strömungsratensensoren, Drucksensoren, Sauerstoffsensoren, Zeiterfasser, Zeitgeber und/oder beliebige andere Typen von Sensoren, die in der Technik bekannt sind.
  • Das Steuergerät 58 kann einen Mikroprozessor 86 zur Steuerung eines Betriebs des Motorsystems 54 in Ansprechen auf Signale, die von Sensoren in der Sensoranordnung 56 kommend empfangen werden, umfassen. Obwohl 2 einen Mikroprozessor 86 veranschaulicht, wird in Betracht gezogen, dass das Steuergerät 58 eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren 86, feldprogrammierbaren Gatteranordnungen (FPGAs), digitalen Signalprozessoren (DSPs), etc. umfassen kann. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren 86 können konfiguriert sein, um die Funktionen des Steuergeräts 58 auszuführen. Es sollte klar sein, dass das Steuergerät 58 einfach einen Mikroprozessor 86 verkörpern kann, der separat von jenem ist, der die anderen Motorsystemfunktionen steuert, oder dass das Steuergerät 58 in den allgemeinen Motorsystem-Mikroprozessor integriert und in der Lage sein kann, zahlreiche Funktionen und Betriebsmodi des Motorsystems zu steuern. Wenn es separat von dem allgemeinen Motorsystem-Mikroprozessor ist, kann das Steuergerät 58 mit dem allgemeinen Motorsystem-Mikroprozessor über Datenverbindungen oder andere Verfahren verbunden sein. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können dem Steuergerät 58 zugeordnet sein, darunter Leistungsversorgungsschaltungen, Signalaufbereitungsschaltungen, Stellglied-Ansteuerschaltungen (d. h. Schaltkreise, die Elektromagnete, Motoren oder Piezostellglieder versorgen), Kommunikationsschaltungen, und beliebige andere geeignete Schaltungen.
  • Das Steuergerät 58 kann auch eine Speichervorrichtung 88 umfassen. Die Speichervorrichtung 88 kann dazu ausgestaltet sein, Daten oder eine oder mehrere Anweisungen und/oder Softwareprogramme zu speichern, die Funktionen oder Operationen durchführen können, wenn sie durch den einen oder die mehreren Mikroprozessoren 86 ausgeführt werden. Daten, die in der Speichervorrichtung 88 gespeichert werden, können zum Beispiel Rohdaten entsprechend den Signalen, die von dem einen oder den mehreren Sensoren in der Sensoranordnung 56 kommend empfangen werden, und/oder Daten, die von den Signalen abgeleitet werden, die von dem einen oder den mehreren Sensoren in der Sensoranordnung 56 kommend empfangen werden. Die Speichervorrichtung 88 kann nichtflüchtige computerlesbare Medien umfassen, zum Beispiel wahlfreie Zugriffsspeicher- bzw. RAM-Einrichtungen, NOR- oder NAND-Flash-Speichereinrichtungen, Nur-Lese-Speicher- bzw. ROM-Einrichtungen, CD-ROMs, Festplatten, Floppylaufwerke, optische Medien, SSD-Medien etc. Obwohl 2 das Steuergerät 58 so veranschaulicht, dass es eine Speichervorrichtung 88 aufweist, wird in Betracht gezogen, dass das Steuergerät 58 eine beliebige Anzahl von Speichereinrichtungen 88 verkörpern kann.
  • Das Steuergerät 58 kann dazu ausgestaltet sein, Signale von den Temperatursensoren 64, 66, dem Drucksensor 68, dem Drehzahlsensor 70, dem Lastsensor 72, den Strömungssensoren 74, 76, dem Kurbelwinkelsensor 78, dem Emissionssensor 80 und/oder beliebigen anderen dem Motor 10 zugeordneten Sensoren zu empfangen. Das Steuergerät 58 kann dazu ausgestaltet sein, einen oder mehrere Motorparameter auf der Grundlage der Signale zu bestimmen, die von den Sensoren in der Sensoranordnung 56 kommend empfangen werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 dazu ausgestaltet sein, ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der Signale, die von den Strömungssensoren 74, 76 kommend empfangen werden, und jeweils einer Luftströmungsrate und einer Kraftstoffströmungsrate entsprechen, zu bestimmen. Als weiteres Beispiel kann das Steuergerät 58 dazu ausgestaltet sein, ein Drehmoment oder eine Leistungsabgabe des Motors 10 auf Grundlage von Signalen, die von dem Drucksensor 68, dem Drehzahlsensor 70 und dem Kurbelwinkelsensor 78 kommend empfangen werden, zu bestimmen. Das Steuergerät 58 kann dazu ausgebildet sein, andere Motorparameter zu bestimmen, etwa eine Menge an Last, IMEP, Kraftstoffeffizienz, eine Menge an NOx in dem Abgas, etc., auf der Grundlage der Signale, die von den Sensoren in der Sensoranordnung 56 kommend und/oder anderen dem Motor 10 zugeordneten Sensoren kommend empfangen werden.
  • Das Steuergerät 58 kann dazu ausgestaltet sein, eine Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials, eine Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46, Mengen an Aufladung, die auf die Tröpfchen 46 angewendet werden soll, sowie eine Zeitsteuerung und Dauer für die Abgabe von Tröpfchen 46 zu bestimmen, jeweils auf der Grundlage der Signale, die von den verschiedenen Sensoren kommend empfangen werden. Das Steuergerät 58 kann auch dazu ausgebildet sein, den Tröpfchenerzeuger 60 der Tröpfcheneinspritzdüse 40 zu steuern, um die Anzahl an Tröpfchen 46 und die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 einzustellen, die durch die Tröpfcheneinspritzdüse 40 erzeugt werden. In ähnlicher Weise kann das Steuergerät 58 dazu ausgestaltet sein, den Aufladungserzeuger 62 der Tröpfcheneinspritzdüse 40 zu steuern, um die Mengen an Aufladung, die auf die Tröpfchen 46 durch den Aufladungserzeuger 62 angewendet werden, einzustellen. Das Steuergerät 58 kann des Weiteren dazu ausgebildet sein, einen ersten Kurbelwinkel θ1 zu bestimmen, bei dem die Tröpfcheneinspritzdüse 40 beginnen kann, Tröpfchen 46 in die Einlasssammelleitung 28 und/oder die Verbrennungskammer 20 einzuspritzen. Das Steuergerät 58 kann auch dazu ausgebildet sein, einen zweiten Kurbelwinkel θ2 zu bestimmen, bei dem die Tröpfcheneinspritzdüse 40 aufhören kann, Tröpfchen 46 in die Einlasssammelleitung 28 und/oder die Verbrennungskammer 20 einzuspritzen. Der erste Kurbelwinkel θ1 kann eine Zeitsteuerung der Tröpfcheneinspritzung darstellen, und die Differenz zwischen dem zweiten Kurbelwinkel θ2 und dem ersten Kurbelwinkel θ1 kann eine Dauer der Tröpfcheneinspritzung darstellen. Somit kann das Steuergerät 58 die Anzahl an Tröpfchen 46, die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46, die Mengen an Aufladung an den Tröpfchen 46, die Zeitsteuerung der Tröpfcheneinspritzung, und die Dauer der Tröpfcheneinspritzung durch Steuern des Betriebs der Tröpfcheneinspritzdüse 40 steuern.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das Motorsystem der vorliegenden Offenbarung findet weitverbreitete Anwendungen in einer Reihe von Motortypen, unter anderem zum Beispiel mit zwei Kraftstoffen betriebene Dieselmotoren und Benzinmotoren, und/oder mit gasförmigem Kraftstoff betriebene Motoren. Das offenbarte Motorsystem kann in einem beliebigen Motor implementiert werden, bei dem es vorteilhaft sein kann, eine Anzahl und Tröpfchengröße von Tröpfchen eines Zündungsförderungsmaterials, das an eine Verbrennungskammer des Motors geliefert wird, zu steuern. Das offenbarte Motorsystem kann auch in einem beliebigen Motor implementiert werden, bei dem es vorteilhaft sein kann, eine Verteilung der Tröpfchen des Zündungsförderungsmaterials innerhalb der Verbrennungskammer durch Steuern der Mengen an elektrischer Aufladung, die auf die Tröpfchen angewendet werden, zu steuern. Darüber hinaus kann das offenbarte Motorsystem in einem beliebigen Motor implementiert werden, bei dem es vorteilhaft sein kann, eine Zeitsteuerung und Dauer der Tröpfcheneinspritzung zu steuern. Als Nächstes wird nun ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des Motorsystems 54 erörtert.
  • 3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Zuführen von Tröpfchen 46 an die Verbrennungskammer 20 unter Verwendung des Motorsystems 54. Das Verfahren 300 kann einen Schritt des Zuführens von Luft und Kraftstoff zur Verbrennung (Schritt 302) an die Verbrennungskammer 20 umfassen. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58, wenn sich der Kolben 16 von OT nach UT bewegt, ein oder mehrere Einlassventile 30, die dem Zylinder 14 zugeordnet sind, anweisen, einen oder mehrere Einlassanschlüsse 32 zu öffnen, was Ansaugluft von der Einlasssammelleitung 28 in die Verbrennungskammer 20 strömen lässt. Das Steuergerät 58 kann auch ein(e) oder mehrere Pumpen oder Ventile steuern, die der ersten Quelle 34 zugeordnet ist, um Kraftstoff über den Durchgang 36 von der ersten Quelle 34 zu der Verbrennungskammer 20 strömen zu lassen. Es wird in Betracht gezogen, dass das Steuergerät 58 der Reihe nach in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig Luft und Kraftstoff an die Verbrennungskammer 20 zuzuführen.
  • Das Verfahren 300 kann einen Schritt des Empfangens von Signalen von einem oder mehreren Sensoren, die dem Motor 10 zugeordnet sind, umfassen (Schritt 304). Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 Signale von einem oder mehreren der Temperatursensoren 64, 66, Drucksensor 68, Drehzahlsensor 70, Lastsensor 72, Strömungssensoren 74, 76, Kurbelwinkelsensor 78, Emissionssensor 80 und/oder beliebigen anderen dem Motor 10 zugeordneten Sensoren empfangen. Obwohl in 3 Schritt 304 als auf den Schritt 302 folgend veranschaulicht wird, wird in Betracht gezogen, dass das Steuergerät 58 die Signale von dem einen oder den mehreren dem Motor 10 zugeordneten Sensoren auch während, oder nach Ausführung von Schritt 302 empfangen kann. Es wird auch in Betracht gezogen, dass in einigen beispielhaften Ausführungsformen das Steuergerät 58 Signale von dem einen oder den mehreren dem Motor 10 zugeordneten Sensoren periodisch, zum Beispiel nach einem vorbestimmten Zeitintervall, empfangen kann. Es wird des Weiteren in Betracht gezogen, dass das Steuergerät 58 Signale von weniger als allen dem Motor 10 zugeordneten Sensoren empfangen kann. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Steuergerät 58 Signale von den Sensoren zu unterschiedlichen Zeiten während der Bewegung des Kolbens 16 innerhalb des Zylinders 14 von OT bis UT und umgekehrt empfangen. Das Steuergerät 58 kann in der Speichervorrichtung 88 Daten speichern, die den Signalen zugeordnet sind, die von den dem Motor 10 zugeordneten Sensoren kommend empfangen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Daten, die den Signalen zugeordnet sind, Werte umfassen, die einen oder mehrere Motorparameter, Spannungen, Signalamplituden und/oder -frequenzen darstellen.
  • Das Verfahren 300 kann auch einen Schritt des Bestimmens eines oder mehrerer Motorparameter (Schritt 306) auf der Grundlage der Signale umfassen, die von dem einen oder mehreren der Temperatursensoren 64, 66, Drucksensor 68, Drehzahlsensor 70, Lastsensor 72, Strömungssensoren 74, 76, Kurbelwinkelsensor 78, Emissionssensor 80 und/oder beliebigen anderen dem Motor 10 zugeordneten Sensoren kommend empfangen werden. Das Steuergerät 58 kann auch eine oder mehrere Operationen an den Signalen durchführen, die von den dem Motor 10 zugeordneten Sensoren kommend empfangen werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine Reihe von mathematischen Operationen durchführen, um Daten, etwa Durchschnitte, gleitende Durchschnitte, maximale und minimale Werte, Verhältnisse, Produkte etc. der Daten, die den Signalen zugeordnet sind, über eine vorbestimmte Zeitperiode zu bestimmen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die vorbestimmte Zeitperiode die Zeit sein, die der Kolben 16 benötigt, um sich von OT nach UT und/oder von UT bis OT innerhalb des Zylinders 14 zu bewegen.
  • Das Steuergerät kann Motorparameter wie etwa Ansauglufttemperatur, Verbrennungskammertemperatur, IMEP, Luftströmungsrate, Kraftstoffströmungsrate, Motordrehzahl, etc., auf der Grundlage der Signale, die von den dem Motor 10 zugeordneten Sensoren kommend empfangen werden, bestimmen. Das Steuergerät 58 kann auch Signale von dem einen oder den mehreren Sensoren kombinieren, um Motorparameter wie etwa IMEP, Drehmomentausgang des Motors 10, Leistungsabgabe des Motors 10, Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 20, eine Menge an Ruß, eine Menge an NOx, oder Mengen von anderen Gasen in dem Abgas, das in der Verbrennungskammer 20 erzeugt wird, zu bestimmen. Das Steuergerät 58 kann die verschiedenen Motorparameter durch Verwendung von Kalibrierungsgleichungen oder Tabellen, durch Ausführen von Anweisungen, die physikalische Modelle der Betriebsvorgänge des Motors 10 repräsentieren, durch Verwendung empirisch abgeleiteter Beziehungen zwischen verschiedenen Motorparametern, oder durch Verwendung von Nachschautabellen, die in der Speichervorrichtung 88 gespeichert sind, bestimmen.
  • Das Verfahren 300 kann einen Schritt des Bestimmens einer Anzahl an Tröpfchen 46 eines Zündungsförderungsmaterials (Schritt 308) zur Einspritzung in die Verbrennungskammer 20 auf der Grundlage der zum Beispiel in Schritt 306 bestimmten Motorparameter umfassen. Das Steuergerät 58 kann die Anzahl an Tröpfchen 46, die für einen Verbrennungszyklus erforderlich sind, auf viele Arten bestimmen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 Anweisungen ausführen, die einen oder mehrere Algorithmen verkörpern, die eine Menge an Zündungsförderer bestimmen, die erforderlich ist, um die Verbrennung einer Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 sicherzustellen. Die Schwellenmenge kann zum Beispiel zwischen etwa 80% bis etwa 90% einer Gesamtmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 reichen. So, wie sie in dieser Offenbarung verwendet werden, geben die Begriffe ”etwa” und ”allgemein” typische Toleranzen und einheitsbezogene Rundungen an. So können die Begriffe "etwa" und "im Allgemeinen" zum Beispiel Prozentsatzvariationen von ±0,1 %, Temperaturvariationen von ±0,1 °C, etc. darstellen.
  • Die von dem Steuergerät 58 eingesetzten Algorithmen können physikbasierte Modelle der Auslösung und Ausbreitung einer oder mehrerer Flammenfronten von einen oder mehreren Stellen innerhalb der Verbrennungskammer 20 umfassen. Das Steuergerät kann die Anzahl und Positionen von diskreten Stellen innerhalb der Verbrennungskammer 20 bestimmen, die erforderlich sein können, um die Flammenfronten auszulösen und sicherzustellen, dass die Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 verbrannt werden kann. Die Anzahl an diskreten Stellen kann der Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials entsprechen. Beim Bestimmen der Anzahl an Tröpfchen 46 kann das Steuergerät 58 auch eine Menge an Ruß bestimmen, die als Ergebnis der Verbrennung der bestimmten Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials erzeugt werden kann. Das Steuergerät 58 kann die Anzahl an Tröpfchen 46, die zum Verbrennen der Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs erforderlich ist, bestimmen, so dass die Menge an Ruß, die aufgrund der Verbrennung der Anzahl an Tröpfchen 46 erzeugt wird, unter einer Schwellenmenge an Ruß bleibt.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 die Anzahl an Tröpfchen auf der Grundlage eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 bestimmen. Das Steuergerät 58 kann die Luftströmungsrate und die Kraftstoffströmungsrate verwenden, die unter Verwendung der jeweiligen Signale von den Strömungssensoren 74 und 76 bestimmt werden, um jeweils ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen. Nimmt das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 20 zu, kann es aufgrund der geringeren Menge an Kraftstoff in dem magereren Luft-/Kraftstoff-Gemisch schwieriger werden, die Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer 20 auszulösen und abzuschließen. Nimmt das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu, kann daher eine größere Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials erforderlich sein, um eine größere Anzahl an Flammenfronten auszulösen, die helfen können, die Verbrennung der Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 sicherzustellen. Insbesondere kann, wenn mehr Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials sich entzünden, mehr Wärme erzeugt werden, was die Temperatur des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 ausreichend erhöht, um die Verbrennung der Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 auszulösen und abzuschließen. Im Gegensatz dazu kann, wenn das Luft-/Kraftstoff-Gemisch fetter ist (d. h. das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis verringert ist), eine geringere Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials erforderlich sein, um die Verbrennung der Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 auszulösen und abzuschließen. Das Steuergerät 58 kann bei zunehmendem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis die Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials erhöhen, die an die Verbrennungskammer 20 geliefert werden, und bei abnehmendem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis die Anzahl an Tröpfchen verringern. Zum Beispiel kann das Steuergerät eine erste Anzahl an Tröpfchen 46 bestimmen, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einen ersten Wert aufweist, und eine zweite Anzahl an Tröpfchen 46 größer als die erste Anzahl, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einen zweiten Wert größer als der erste Wert aufweist.
  • In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 die Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials auf der Grundlage einer gewünschten thermischen Effizienz bestimmen. Zum Beispiel veranschaulicht 4 eine beispielhafte Beziehung zwischen der thermischen Effizienz des Motors 10 und der Anzahl von Tröpfchen 46. Wie in 4 veranschaulicht, kann die thermische Effizienz des Motors 10 mit einer zunehmenden Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials, die in der Verbrennungskammer 20 vorhanden sind, zunehmen. Eine größere Anzahl an Tröpfchen 46 in der Verbrennungskammer 20 kann helfen, mehr Flammenfronten innerhalb der Verbrennungskammer 20 auszulösen, was helfen kann, die Verbrennung eines größeren Teils des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 sicherzustellen, was zu einer höheren thermischen Effizienz führt.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 die Anzahl an Tröpfchen 46 zumindest zum Teil auf der Grundlage eines Durchmessers des Zylinders 14 bestimmen. 5 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Durchmesser des Zylinders 14 und der Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials, die erforderlich sind, um die Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 zu verbrennen. Wie in 5 veranschaulicht, können, wenn der Durchmesser des Zylinders 14 zunimmt, eine größere Anzahl an Tröpfchen 46 und/oder größere Tröpfchengrößen des Zündungsförderungsmaterials erforderlich sein, um die Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 zu verbrennen. Ein größerer Durchmesser des Zylinders 14 kann auch einem größeren Volumen des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 entsprechen. Eine größere Anzahl an Tröpfchen 46 und/oder größere Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 können helfen, eine größere Anzahl an Flammenfronten auszulösen, und können mehr Wärme erzeugen, was hilft, sicherzustellen, dass die Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in einem Zylinder 14 mit größerem Durchmesser verbrannt werden kann.
  • Das Steuergerät 58 kann auch die Anzahl an Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials, die für jeden Verbrennungszyklus in der Verbrennungskammer 20 erforderlich sind, auf der Grundlage eines oder mehrerer der anderen Motorparameter wie etwa Ansauglufttemperatur, Verbrennungstemperatur, IMEP, Drehmomentausgang des Motors 10, Menge an Ruß oder NOx in dem Abgas, etc. bestimmen. Das Steuergerät 58 kann die Anzahl an Tröpfchen 46 auf der Grundlage der Ausführung von Anweisungen, die physikalische Modelle der Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer 20 darstellen, von empirischen Beziehungen zwischen den Motorparametern und der Anzahl an Tröpfchen 46, oder durch Verwendung von Nachschautabellen bestimmen, die die Anzahl an Tröpfchen 46 mit dem einen oder den mehreren Motorparametern korrelieren.
  • Zurück zu 3 kann das Verfahren 300 einen Schritt des Bestimmens von Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials (Schritt 310) umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 bestimmen, dass alle Tröpfchen 46 dieselbe gleichmäßige Tröpfchengröße aufweisen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 bestimmen, dass die Tröpfchen 46 ungleichmäßige Tröpfchengrößen aufweisen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Steuergerät 58 bestimmen kann, dass eine erste Gruppe von Tröpfchen 46 eine erste Tröpfchengröße aufweisen kann, und eine zweite Gruppe von Tröpfchen eine zweite Tröpfchengröße aufweisen kann, die sich von der ersten Tröpfchengröße unterscheidet. Das Steuergerät 58 kann die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 auf viele Arten bestimmen. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 Anweisungen ausführen, die einen Algorithmus ausführen, der eine erforderliche Menge des Zündungsförderungsmaterials bestimmt, um die Verbrennung der Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 sicherzustellen. Das Steuergerät 58 kann die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 auf der Grundlage der erforderlichen Menge des Zündungsförderungsmaterials und der Anzahl an Tröpfchen, die zum Beispiel in Schritt 308 bestimmt wird, bestimmen.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 die Tröpfchengröße auf der Grundlage der Motordrehzahl bestimmen. 6 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen der Motordrehzahl des Motors 10 und der Tröpfchengröße eines Tröpfchens 46. Wie in 6 veranschaulicht nimmt mit zunehmender Motordrehzahl auch die Tröpfchengröße der Tröpfchen 46 zu. Zum Beispiel kann das Steuergerät eine erste Tröpfchengröße für die Tröpfchen 46 bestimmen, wenn die Motordrehzahl einen ersten Wert aufweist, und eine zweite Tröpfchengröße für die Tröpfchen 46, die größer ist als die erste Tröpfchengröße, wenn die Motordrehzahl einen zweiten Wert aufweist, der größer ist als der erste Wert. Nimmt die Motordrehzahl zu, kann eine größere Menge Luft mit einer höheren Geschwindigkeit durch denselben Querschnitt der Einlasssammelleitung 28 strömen. Die größere Geschwindigkeit kann einige der Tröpfchen 46 veranlassen, in Tröpfchen 46 kleinerer Größe zu zerfallen. Somit kann bei zunehmender Motordrehzahl das Steuergerät 58 bestimmen, dass der Tröpfchenerzeuger 40 Tröpfchen 46 mit einer größeren Tröpfchengröße erzeugen sollte, um das potenzielle Zerfallen zumindest eines Teils der Tröpfchen 46 in Tröpfchen 46 kleinerer Größe zu kompensieren.
  • Das Steuergerät 58 kann die Tröpfchengröße auch erhöhen, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zunehmend magerer wird. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine erste Tröpfchengröße für die Tröpfchen 46 bestimmen, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einen ersten Wert aufweist, und eine zweite Tröpfchengröße, die größer ist als die erste Tröpfchengröße, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einen zweiten Wert aufweist, der größer ist als der erste Wert. Eine größere Tröpfchengröße der Tröpfchen 46 kann sicherstellen helfen, dass mehr Wärme freigesetzt wird, wenn die Tröpfchen 46 innerhalb der Verbrennungskammer 20 verbrennen. Die größere Menge an Wärme, die erzeugt wird, wenn die Tröpfchen größerer Größe verbrannt werden, kann helfen, die Temperatur des magereren Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 ausreichend zu erhöhen, um die Verbrennung der Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs sicherzustellen. Im Gegensatz dazu kann, wenn das Luft-/Kraftstoff-Gemisch relativ fetter ist (d. h. mehr Kraftstoff vorliegt), die Menge an Wärme, die erforderlich ist, um die Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemischs auszulösen, geringer sein, was kleinere Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials erfordert.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials auf der Grundlage einer Menge an NOx in dem Abgas, das aus der Verbrennungskammer 20 austritt, bestimmen. Das Steuergerät 58 kann die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 erhöhen, wenn die Menge an NOx in dem Abgas zunimmt. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine erste Tröpfchengröße für Tröpfchen 46 bestimmen, wenn die Menge an NOx in dem Abgas einen ersten Wert aufweist, und eine zweite Tröpfchengröße, die größer ist als die erste Tröpfchengröße, wenn die Menge an NOx in dem Abgas einen zweiten Wert aufweist, der größer ist als der erste Wert. Ein Erhöhen der Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 kann sicherstellen helfen, dass ein größerer Teil des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 verbrannt wird, um die Produktion von NOx in der Verbrennungskammer 20 zu verringern oder zu beseitigen.
  • In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials, die durch die Tröpfchenerzeuger 60 erzeugt werden, auf der Grundlage des Kurbelwinkels θ variieren. Bewegt sich der Kolben 16 von OT nach bis UT, kann das Steuergerät 58 anfänglich den Tröpfchenerzeuger 60 so einstellen, dass er Tröpfchen 46 mit einer größeren Tröpfchengröße erzeugt, und die Tröpfchengröße von Tröpfchen 46 bei zunehmendem Kurbelwinkel θ verringern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine erste Tröpfchengröße für Tröpfchen 46 bei einem ersten Kurbelwinkel bestimmen, und eine zweite Tröpfchengröße, die kleiner ist als die erste Tröpfchengröße, bei einem zweiten Kurbelwinkel, der größer ist als der erste Kurbelwinkel. Durch Variieren der Tröpfchengröße auf diese Weise kann das Steuergerät 58 eine gleichmäßigere Verteilung von Tröpfchen 46 zwischen dem Zylinderkopf 18 und einer Stellung des Kolbens 16 in dem Zylinder 14 sicherstellen helfen.
  • Ein Tröpfchen 46 größerer Größe kann aufgrund seiner größeren Tröpfchengröße im Vergleich ein größeres Moment haben als ein Tröpfchen 46 kleinerer Größe. Aufgrund des größeren Moments kann das Tröpfchen 46 größerer Größe weiter in die Verbrennungskammer 20 in einer Richtung von dem Zylinderkopf 18 zu der Kurbelwelle hin 22 wandern, wenn sich der Kolben 16 von OT nach UT bewegt. Indem anfänglich Tröpfchen 46 größerer Größe erzeugt werden, können die anfänglich erzeugten Tröpfchen 46 in der Lage sein, eine vergleichsweise größere Distanz von dem Zylinderkopf 18 zu dem Kolben 16 zu wandern als die später erzeugten Tröpfchen 46 kleinerer Größe. Somit kann das Steuergerät 58 durch Erzeugen von Tröpfchen 46 mit unterschiedlichen Größen sicherstellen helfen, dass die Tröpfchen 46 in der Verbrennungskammer 20 zwischen dem Zylinderkopf 18 und dem Kolben 16 verteilt werden können. Die Verbrennung der gleichmäßig in unterschiedlichen Abschnitten der Verbrennungskammer 20 verteilten Tröpfchen 46 kann helfen, Flammenfronten zu erzeugen, die sich innerhalb der Verbrennungskammer 20 von mehreren Stellen aus ausbreiten, was wiederum helfen kann, die Verbrennung der Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 sicherzustellen.
  • Das Steuergerät 58 kann auch die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials auf der Grundlage eines oder mehrerer der anderen Motorparameter wie etwa Ansauglufttemperatur, Verbrennungstemperatur, IMEP, Drehmomentausgang des Motors 10, Menge an Ruß oder NOx in dem Abgas, etc. bestimmen. Das Steuergerät 58 kann die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 auf der Grundlage der Ausführung von Anweisungen, die physikalische Modelle der Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer 20 darstellen, von empirischen Beziehungen zwischen den Motorparametern und der Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46, oder durch Verwendung von Nachschautabellen bestimmen, die die Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 mit dem einen oder den mehreren Motorparametern korrelieren.
  • Zurück zu 3 kann das Verfahren 300 einen Schritt des Bestimmens einer Menge an Aufladung (Schritt 312), die auf die Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials angewendet werden soll, umfassen. Die Tröpfchen 46 können so aufgeladen werden, dass benachbarte Tröpfchen einander abstoßen, was eine Vereinigung benachbarter Tröpfchen verhindert. Das Aufladen der Tröpfchen 46 kann helfen, die Tröpfchen 46 innerhalb der Verbrennungskammer 20 zu verteilen. Zum Beispiel kann der Aufladungserzeuger 62 die Tröpfchen 46 mit derselben Polarität wie jene des Zylinders 14, des Kolbens 16 und des Zylinderkopfs 18 aufladen. Dies kann helfen, sicherzustellen, dass der Zylinder 14, der Kolben 16 und der Zylinderkopf 18 ebenfalls die Tröpfchen 46 abstoßen, um ein Anhaften des Zündungsförderungsmaterials an den Oberflächen des Zylinders 14, des Kolbens 16 und des Zylinderkopfs 18 zu verhindern. Die Menge an Aufladung, die auf jedes Tröpfchen 46 angewendet wird, kann gleichmäßig oder ungleichmäßig sein.
  • Da der Abstand zwischen benachbarten Tröpfchen 46 von der Menge an Aufladung abhängig ist, die auf die Tröpfchen 46 angewendet wird, kann das Anwenden derselben Menge an Aufladung auf die Tröpfchen 46 verursachen, dass die Tröpfchen in der Verbrennungskammer 20 in etwa gleich beabstandet sind. Um jedoch eine adäquate Mischung der Tröpfchen 46 und des Kraftstoffs mit Luft in der Verbrennungskammer 20 sicherzustellen, kann es wünschenswert sein, die Tröpfchen 46 mit unterschiedlichen Distanzen relativ zueinander beabstandet zu haben. Das Steuergerät 58 kann dies erreichen, indem es unterschiedliche Mengen an Aufladung auf unterschiedliche Tröpfchen 46 anwendet. Das Steuergerät 58 kann eine Tröpfchenaufladungsvariation der Tröpfchen 46 auf der Grundlage einer Reihe von Motorparametern bestimmen. Wie in dieser Offenbarung verwendet, kann die Tröpfchenaufladungsvariation die Unterschiede in den Mengen an Aufladung darstellen, die auf unterschiedliche Tröpfchen 46 angewendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Tröpfchenaufladungsvariation eine Differenz zwischen einer maximalen Menge an Aufladung und einer minimalen Menge an Aufladung sein, die auf die Tröpfchen 46 angewendet wird. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Tröpfchenaufladungsvariation durch statistische Daten dargestellt werden, zum Beispiel die Standardabweichung, Varianz, etc. der Mengen an Aufladung, die auf die Tröpfchen 46 angewendet wird. Es wird in Betracht gezogen, dass andere mathematische Darstellungen, die in der Technik bekannt sind, verwendet werden können, um die Tröpfchenaufladungsvariation zu quantifizieren.
  • 7 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Tröpfchenaufladungsvariation. Wie in 7 veranschaulicht kann bei höheren Motordrehzahlen eine größere Tröpfchenaufladungsvariation erforderlich sein. Das Steuergerät 58 kann den Aufladungserzeuger 62 so steuern, dass er unterschiedliche Mengen an Aufladung auf die Tröpfchen 46 anwendet, so dass die Tröpfchen 46 bei einer ersten Motordrehzahl eine erste Tröpfchenaufladungsvariation aufweisen können, und eine zweite Tröpfchenaufladungsvariation, die größer ist als die erste Tröpfchenaufladungsvariation, bei einer zweiten Motordrehzahl, die größer ist als die erste Motordrehzahl. Höhere Motordrehzahlen können von einem größeren Volumen der Ansaugung in die Verbrennungskammer 20 begleitet werden. Eine größere Tröpfchenaufladungsvariation bei höheren Motordrehzahlen kann sicherstellen helfen, dass die Tröpfchen 46 in unterschiedlichen Distanzen voneinander beabstandet sind, was wiederum das Mischen und eine gleichmäßigere Verteilung der Tröpfchen 46 in der Verbrennungskammer 20 fördern kann. Eine gleichmäßigere Verteilung der Tröpfchen 46 kann sicherstellen helfen, dass die Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 während jedes Verbrennungszyklus verbrannt werden kann.
  • 8 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen der Verbrennungsdauer und der Tröpfchenaufladungsvariation für die Tröpfchen 46. Wie in dieser Offenbarung verwendet, bezieht sich der Begriff Verbrennungsdauer auf eine Zeitdauer, die erforderlich ist, um eine vorbestimmte Menge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 zu verbrennen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die vorbestimmte Menge etwa 10% sein. Somit stellt die Verbrennungsdauer die Geschwindigkeit dar, mit der Kraftstoff in der Verbrennungskammer 20 verbrannt wird. Wie in 8 veranschaulicht, nimmt die Verbrennungsdauer ab, wenn die Tröpfchenaufladungsvariation zunimmt. Eine Abnahme der Verbrennungsdauer kann eine schnellere Verbrennung von Kraftstoff darstellen. Dies deshalb, da wie oben erläutert, das Erhöhen der Tröpfchenaufladungsvariation hilft, die Variation in der relativen Beabstandung der Tröpfchen 46 zu erhöhen, was wiederum die Mischung und Verteilung der Tröpfchen 46 innerhalb der Verbrennungskammer 20 fördert. Eine gleichmäßigere Verteilung der Tröpfchen 46 und die verbesserte Mischung in der Verbrennungskammer 20 kann helfen, dass ein größerer Teil des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 in einer kürzeren Zeitperiode verbrannt wird. Somit kann das Steuergerät 58 den Aufladungserzeuger 62 steuern, um sicherstellen zu helfen, dass eine erste Tröpfchenaufladungsvariation in den Tröpfchen 46 bei einer ersten Drehzahl größer ist als eine zweite Tröpfchenaufladungsvariation in den Tröpfchen 46 bei einer zweiten Drehzahl, wenn die erste Drehzahl höher ist als die zweite Drehzahl.
  • Das Steuergerät 58 kann die Menge an Aufladung, die auf jedes Tröpfchen 46 angewendet wird, auf viele Arten bestimmen. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine gewünschte Stellung jedes Tröpfchens 46 in der Verbrennungskammer 20 bestimmen, um die Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 zu fördern. Das Steuergerät 58 kann die gewünschte Stellung auf der Grundlage physikbasierter Modelle der Auslösung und Ausbreitung von Flammenfronten innerhalb der Verbrennungskammer 20 bestimmen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Steuergerät 58 die gewünschte Position der Tröpfchen 46 auf der Grundlage empirischer Korrelationen oder Nachschautabellen bestimmen, die verschiedene Motorparameter mit der gewünschten Position der Tröpfchen 46 in Beziehung setzen. Das Steuergerät 58 kann die Menge an Aufladung bestimmen, die erforderlich sein kann, um sicherzustellen, dass die Tröpfchen 46 sich voneinander und von dem Zylinder 14, dem Kolben 16 und dem Zylinderkopf 18 abstoßen, um die gewünschten Stellen von Tröpfchen 46 innerhalb der Verbrennungskammer 20 zu erreichen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 den Aufladungserzeuger 62 des Tröpfchenerzeugers 40 steuern, um mit zunehmender Tröpfchengröße eine größere Menge an Aufladung anzuwenden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine erste Menge an Aufladung bestimmen, die auf ein erstes Tröpfchen 46 mit einer ersten Tröpfchengröße angewendet werden soll, und eine zweite Menge an Aufladung bestimmen, die größer ist als die erste Menge an Aufladung und auf ein zweites Tröpfchen 46 mit einer zweiten Tröpfchengröße, die größer ist als die erste Tröpfchengröße, angewendet werden soll. Wie vorstehend erörtert, haben Tröpfchen 46 mit einer größeren Tröpfchengröße wahrscheinlich ein größeres Moment, was es wahrscheinlicher macht, dass diese Tröpfchen 46 größerer Größe weiter innerhalb der Verbrennungskammer 20 wandern können. Die größere erste Menge an Aufladung an diesen Tröpfchen 46 größerer Größe kann sicherstellen helfen, dass diese Tröpfchen 46 nicht mit dem Zylinder 14 und/oder Kolben 16 kollidieren, wenn sich der Kolben 16 innerhalb des Zylinders 14 bewegt.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 eine größere Menge an Aufladung auf die Tröpfchen 46 anwenden, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine erste Menge an Aufladung bestimmen, die auf die Tröpfchen 46 angewendet werden soll, wenn der Motor 10 bei einer ersten Motordrehzahl arbeitet, und eine zweite Menge an Aufladung bestimmen, die auf die Tröpfchen 46 angewendet werden soll, wenn der Motor 10 mit einer zweiten Motordrehzahl arbeitet. Die erste Menge an Aufladung kann größer sein als die zweite Menge an Aufladung, wenn die erste Motordrehzahl die zweite Motordrehzahl übersteigt. Bei höheren Motordrehzahlen können die Tröpfchen 46 ein größeres Moment haben und können weiter in die Verbrennungskammer 20 wandern als im Vergleich dazu bei kleineren Motordrehzahlen. Somit ist es bei höheren Motordrehzahlen wahrscheinlicher, dass die Tröpfchen 46 mit dem Zylinder 14, dem Kolben 16 und dem Zylinderkopf 18 kollidieren. Daher kann das Steuergerät 58 den Aufladungserzeuger 62 steuern, eine größere Menge an Aufladung auf die Tröpfchen 46 bei höheren Motordrehzahlen als im Vergleich dazu bei niedrigeren Motordrehzahlen anzuwenden, um verhindern zu helfen, dass die Tröpfchen 46 mit dem Zylinder 14, dem Kolben 16 und dem Zylinderkopf 18 kollidieren und an diesen anhaften.
  • In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 bestimmen, dass eine größere Menge an Aufladung auf die Tröpfchen 46 angewendet werden muss, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zunimmt. Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine erste Menge an Aufladung bestimmen, die auf die Tröpfchen 46 angewendet werden soll, wenn der Motor 10 mit einem ersten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis mit einem ersten Wert arbeitet, und eine zweite Menge an Aufladung bestimmen, die auf die Tröpfchen 46 angewendet werden soll, wenn der Motor 10 mit einem zweiten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis mit einem zweiten Wert arbeitet, der größer ist als der erste Wert. Nimmt das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu, wird das Luft-/Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer magerer. Das Anwenden einer größeren Menge an Aufladung auf die Tröpfchen 46, wenn das Luft-/Kraftstoff-Gemisch magerer ist, kann helfen, die Verteilung der Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials in der Verbrennungskammer 20 zu verbessern. Insbesondere kann die größere Menge an Aufladung die Tröpfchen 46 veranlassen, einander abzustoßen, so dass der Abstand zwischen den Tröpfchen 46 zunimmt, was es möglich macht, dass die Tröpfchen 46 in größeren Abständen von dem Zylinderkopf 18 und von den Wänden des Zylinders 14 verteilt werden. Das Trennen der Tröpfchen 46 voneinander und von den Wänden der Verbrennungskammer 20 durch größere Abstände kann die Auslösung von Flammenfronten an vielen unterschiedlichen Stellen innerhalb der Verbrennungskammer 20 erlauben, was hilft, eine verbesserte Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer 20 sicherzustellen.
  • Das Steuergerät 58 kann auch die Menge an Aufladung für die Tröpfchen 46 des Zündungsförderungsmaterials auf der Grundlage eines oder mehrerer der anderen Motorparameter bestimmen, etwa Ansauglufttemperatur, Verbrennungstemperatur, IMEP, Drehmomentausgang des Motors 10, Menge an Ruß oder NOx in dem Abgas, etc. Das Steuergerät 58 kann die Menge an Aufladung für jedes Tröpfchen 46 auf der Grundlage der Ausführung von Anweisungen, die physikalische Modelle der Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer 20 darstellen, von empirischen Beziehungen zwischen den Motorparametern und der Menge an Aufladung, oder durch Verwendung von Nachschautabellen bestimmen, die die Menge an Aufladung mit dem einen oder den mehreren Motorparametern korrelieren.
  • Zurück zu 3 kann das Verfahren 300 einen Schritt des Erzeugens von Tröpfchen 46 umfassen (Schritt 314). Das Steuergerät 58 kann den Tröpfchenerzeuger 60 steuern, damit er die Anzahl an Tröpfchen 46 erzeugt, die zum Beispiel in Schritt 308 bestimmt wird. Das Steuergerät 58 kann den Tröpfchenerzeuger 60 auch steuern, Tröpfchen 46 mit der Tröpfchengrößen der Tröpfchen 46 zu erzeugen, die zum Beispiel in Schritt 310 bestimmt wird. Darüber hinaus kann das Steuergerät 58 den Aufladungserzeuger 62 steuern, jene Menge an Aufladung auf jedes Tröpfchen 46 anzuwenden, die zum Beispiel in Schritt 312 bestimmt wird. Somit kann das Steuergerät 58 die Tröpfcheneinspritzdüse 40 so steuern, dass sie die gewünschte Anzahl an Tröpfchen 46 mit den gewünschten Tröpfchengrößen und den gewünschten Mengen an Aufladung erzeugt, wie sie durch das Steuergerät 58 auf der Grundlage der Motorparameter bestimmt werden.
  • Das Verfahren 300 kann auch einen Schritt des Zuführens der Tröpfchen 46 zu der Verbrennungskammer 20 umfassen (Schritt 316). Zum Beispiel kann das Steuergerät 58 eine Zeitsteuerung und Dauer der Tröpfcheneinspritzung durch die Tröpfcheneinspritzdüse 40 in die Einlasssammelleitung 28 und/oder die Verbrennungskammer 20 bestimmen. Das Steuergerät 58 kann einen ersten Kurbelwinkel θ1 bestimmen, bei dem das Steuergerät 58 die Tröpfcheneinspritzdüse 40 anweisen kann, zu beginnen, Tröpfchen 46 in die Einlasssammelleitung 28 und/oder die Verbrennungskammer 20 einzuspritzen. In ähnlicher Weise kann das Steuergerät 58 einen zweiten Kurbelwinkel θ2 bestimmen, bei dem das Steuergerät 58 die Tröpfcheneinspritzdüse 40 anweisen kann, aufzuhören, Tröpfchen 46 in die Einlasssammelleitung 28 und/oder die Verbrennungskammer 20 einzuspritzen. Somit kann das Steuergerät 58 eine Zeitsteuerung der Tröpfcheneinspritzung und eine Dauer der Tröpfcheneinspritzung steuern, um sicherstellen zu helfen, dass die Schwellenmenge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 verbrannt werden kann.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 58 den ersten Kurbelwinkel θ1 bestimmen, um die Tröpfcheneinspritzung auf der Grundlage der gewünschten Verbrennungsdauer auszulösen. 9 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen der Tröpfcheneinspritz-Zeitsteuerung, dargestellt durch den ersten Kurbelwinkel θ1, und die Verbrennungsdauer. Wie in 9 veranschaulicht, nimmt die Verbrennungsdauer zu, wenn die Tröpfcheneinspritz-Zeitsteuerung oder der erste Kurbelwinkel θ1 zunimmt. Mit anderen Worten erhöht eine Verzögerung der Einspritzung der Tröpfchen 46 in die Verbrennungskammer 20 durch Einspritzen der Tröpfchen 46 bei einem höheren ersten Kurbelwinkel θ1 die Zeitperiode, die es dauert, eine vorbestimmte Menge des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 zu verbrennen. Dies kann deshalb der Fall sein, da ein Verzögern der Einspritzung der Tröpfchen 46 verhindern kann, dass die Tröpfchen 46 adäquat innerhalb der Verbrennungskammer 20 verteilt sind, was die Verbrennungsdauer erhöhen kann. Zurück zu 3 kann das Verfahren 300 nach Abschluss von Schritt 316 enden.
  • Dem Fachmann ist klar, dass verschiedene Modifikationen und Varianten an dem offenbarten rückkopplungsgesteuerten System gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Weitere Ausführungsformen des rückkopplungsgesteuerten Systems werden dem Fachmann klar sein, wenn er die Beschreibung und praktische Ausführung des hierin offenbarten rückkopplungsgesteuerten Systems in Betracht zieht. Die Beschreibung und die Beispiele sollen als rein beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente beschrieben wird.

Claims (10)

  1. Motorsteuersystem (54), umfassend: einen Motor (10), der zumindest einen Zylinder (14) umfasst; eine erste Quelle (34), die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff zur Verbrennung in dem Motor zuzuführen; eine zweite Quelle (42), die dazu ausgestaltet ist, ein Zündungsförderungsmaterial zur Verbrennung in dem Motor zuzuführen; eine Tröpfcheneinspritzdüse (40), die dazu ausgestaltet ist: zumindest ein Tröpfchen (46) des Zündungsförderungsmaterials zu erzeugen; eine Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden; und das zumindest eine Tröpfchen an den zumindest einen Zylinder zu liefern; und ein Steuergerät (58), das dazu ausgestaltet ist: einen Motorparameter zu bestimmen; die Menge an Aufladung auf der Grundlage des Motorparameters zu bestimmen; die Tröpfcheneinspritzdüse so zu steuern, dass die bestimmte Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen angewendet wird.
  2. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei die Tröpfcheneinspritzdüse umfasst: einen Tröpfchenerzeuger (60), der dazu ausgestaltet ist, das zumindest eine Tröpfchen zu erzeugen; und einen Aufladungserzeuger (62), der dazu ausgestaltet ist, die Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden.
  3. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei das Zündungsförderungsmaterial Schmieröl umfasst, und der Kraftstoff Erdgas umfasst.
  4. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei die Tröpfcheneinspritzdüse dazu ausgestaltet ist: eine Vielzahl von Tröpfchen zu erzeugen; und dieselbe Menge an Aufladung auf jedes der Vielzahl von Tröpfchen anzuwenden.
  5. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei die Tröpfcheneinspritzdüse dazu ausgestaltet ist: eine Vielzahl von Tröpfchen zu erzeugen; und unterschiedliche Mengen an Aufladung auf unterschiedliche Tröpfchen anzuwenden, die aus der Vielzahl von Tröpfchen ausgewählt sind.
  6. Motorsystem nach Anspruch 5, wobei der Motorparameter die Motordrehzahl ist, und die Tröpfcheneinspritzdüse dazu ausgestaltet ist: eine erste Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen bei einer ersten Motordrehzahl anzuwenden; und eine zweite Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen bei einer zweiten Motordrehzahl anzuwenden, wobei die zweite Menge an Aufladung größer ist als die erste Menge an Aufladung, wenn die zweite Motordrehzahl größer ist als die erste Motordrehzahl.
  7. Motorsystem nach Anspruch 5, wobei der Motorparameter das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ist, und die Tröpfcheneinspritzdüse dazu ausgestaltet ist: eine erste Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einen ersten Wert aufweist; und eine zweite Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einen zweiten Wert aufweist, wobei die zweite Menge an Aufladung größer ist als die erste Menge an Aufladung, wenn der zweite Wert größer ist als der erste Wert.
  8. Motorsystem nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl von Tröpfchen umfasst: ein erstes Tröpfchen mit einer ersten Tröpfchengröße; und ein zweites Tröpfchen mit einer zweiten Tröpfchengröße, die größer ist als die erste Tröpfchengröße, und die Tröpfcheneinspritzdüse dazu ausgestaltet ist: eine erste Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden; und eine zweite Menge an Aufladung, die größer ist als die erste Menge an Aufladung, auf das zweite Tröpfchen anzuwenden.
  9. Motorsystem nach Anspruch 5, wobei die Tröpfcheneinspritzdüse dazu ausgestaltet ist, die unterschiedlichen Mengen an Aufladung so anzuwenden, dass die Tröpfchen eine erste Tröpfchenaufladungsvariation bei einer ersten Motordrehzahl aufweisen, und eine zweite Tröpfchenaufladungsvariation größer als die erste Tröpfchenaufladungsvariation bei einer zweiten Motordrehzahl, die größer ist als die erste Motordrehzahl.
  10. Motor (10), der Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Zylindern (14); eine Einlasssammelleitung (28), die dazu ausgestaltet ist, Luft zur Verbrennung an die Zylinder zu liefern; eine Abgassammelleitung (50), die dazu ausgestaltet ist, Abgas aus den Zylindern abzuführen; eine erste Quelle (34), die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff zur Verbrennung in den Zylindern zuzuführen; eine zweite Quelle (42), die dazu ausgestaltet ist, ein Zündungsförderungsmaterial zuzuführen; einen Tröpfchenerzeuger (60), der dazu ausgestaltet ist, das Zündungsförderungsmaterial von der zweiten Quelle zu empfangen und zumindest ein Tröpfchen des Zündungsförderungsmaterials zu erzeugen; einen Aufladungserzeuger (62), der dazu ausgestaltet ist, eine Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anzuwenden; ein Steuergerät (58), das dazu ausgestaltet ist: einen Motorparameter zu bestimmen; die Menge an Aufladung auf der Grundlage des Motorparameters zu bestimmen; und den Aufladungserzeuger so einzustellen, dass er die bestimmte Menge an Aufladung auf das zumindest eine Tröpfchen anwendet.
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