DE102016221979A1 - Einrichtung zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors und Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors - Google Patents

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Yo Han CHI
Jeongwoo Lee
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Hyundai Motor Co
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Abstract

Eine Einrichtung zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors enthält einen Motor, der ein Antriebsdrehmoment durch Verbrennen eines Benzinkraftstoffs und Dieselkraftstoffs erzeugt, einen Antriebsinformations-Detektor zum Erfassen von Antriebsinformationen des Motors und eine Steuerung zum Steuern einer Diesel-Einspritzeinrichtung basierend auf einem Antriebsbereich und einer Klopfintensität, die in den Antriebsinformationen enthalten sind, derart, dass Dieselkraftstoff als eine Einfacheinspritzung oder eine Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors.
  • HINTERGRUND
  • Im Allgemeinen weist ein Dieselmotor eine ausgezeichnete Kraftstoffeffizienz auf, aber stößt Stoffe, wie beispielsweise Stickoxide (NOx) und dergleichen, aus. Andererseits weist ein Benzinmotor eine relativ geringere Kraftstoffeffizienz auf, aber stößt relativ weniger verunreinigte Stoffe, wie beispielsweise Stickoxide (NOx) und dergleichen, aus.
  • In letzter Zeit wurden Abgasbestimmungen für Dieselmotoren verschärft und daher wird die Entwicklung eines neuartigen Dieselmotors erfordert.
  • Als Beispiel eines neuartigen Dieselmotors wird ein Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotor entwickelt, der unter Verwendung eines Gemisches aus einem Benzinkraftstoff und einem Dieselkraftstoff angetrieben wird.
  • Der Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotor saugt ein Gemischgas, in dem der Benzinkraftstoff und Luft im Voraus vermischt werden, in einem Ansaugtakt an und spritzt den Dieselkraftstoff zum Steuern einer Zündung in einem Verdichtungstakt ein. Dann wird der Dieselkraftstoff verdichtet und in einem Zündtakt gezündet. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Benzinkraftstoff gezündet. Schließlich werden der Dieselkraftstoff und der Benzinkraftstoff in einem Explosionstakt verbrannt, wobei dadurch Antriebsleistung erzeugt wird. Der Benzinkraftstoff und der Dieselkraftstoff können jedoch abhängig von einem Verhältnis des Benzinkraftstoffs und des Dieselkraftstoffs unter Verwendung einer Zündkerze gezündet werden.
  • Gemäß Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotoren der herkömmlichen Technik wird ein Einfacheinspritzverfahren angewandt, wenn Dieselkraftstoff eingespritzt wird.
  • Da sich Verbrennungscharakteristiken des Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors gemäß einer Motorlast unterscheiden, wird jedoch eine Kraftstoffeinspritzung gemäß der Motorlast erfordert.
  • Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der jemandem mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik hierzulande bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung erfolgte in einem Bestreben, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors zu liefern, die durch Differenzieren von Kraftstoffeinspritzverfahren gemäß Antriebsbereichen einer Kraftmaschine bzw. eines Motors eine Verbrennungsstabilität erzielen und eine in dem Abgas enthaltene Substanz reduzieren können.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine Einrichtung zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors Folgendes enthalten: einen Motor, der ein Antriebsdrehmoment durch Verbrennen eines Benzinkraftstoffs und Dieselkraftstoffs erzeugt; einen Antriebsinformations-Detektor zum Erfassen von Antriebsinformationen des Motors; und eine Steuerung zum Steuern einer Diesel-Einspritzeinrichtung basierend auf einem Antriebsbereich und einer Klopfintensität, die in den Antriebsinformationen enthalten sind, derart, dass Dieselkraftstoff als Einfacheinspritzung oder Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird.
  • Die Steuerung kann steuern, dass der Dieselkraftstoff als die Einfacheinspritzung eingespritzt wird, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Last ist, der Dieselkraftstoff als die Einfacheinspritzung eingespritzt wird, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last oder mittleren Last ist und die Klopfintensität geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und der Dieselkraftstoff als die Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last oder einer mittleren Last ist und die Klopfintensität gleich dem vorbestimmten Wert oder größer als derselbe ist.
  • Die Steuerung kann einen Lastbereich des Motors anhand eines effektiven Mitteldrucks (BMEP; engl. Brake Mean Effective Pressure) und eines Dieselverhältnisses bzw. Dieselanteils bestimmen und der Dieselanteil ist eine Menge an Dieselkraftstoff relativ zu der gesamten Kraftstoffmenge.
  • Die Steuerung kann die Klopfintensität anhand eines maximalen Verbrennungsdrucks, einer maximalen Druckanstiegsrate und einer Motordrehzahl berechnen, die durch den Antriebsinformations-Detektor erfasst werden.
  • Die Klopfintensität wird anhand einer Gleichung von:
    Figure DE102016221979A1_0002
    berechnet, wobei MPRR eine maximale Druckanstiegsrate bezeichnet, RPM eine Motordrehzahl bezeichnet und Pmax einen maximalen Verbrennungsdruck bezeichnet.
  • Die Mehrfacheinspritzung kann eine erste Haupteinspritzung und eine zweite Haupteinspritzung enthalten, wobei die erste Haupteinspritzung in einem vorbestimmten ersten Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt (BTDC CA; engl. Before Top Dead Center Crank Angle) eingespritzt wird und die zweite Haupteinspritzung in einem vorbestimmten zweiten BTDC CA eingespritzt wird und der erste BTDC CA vergrößert wird, während sich der Antriebsbereich des Motors von dem Bereich bei einer niedrigen Last zu dem Bereich bei einer mittleren Last bewegt.
  • Ein Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes enthalten: Erfassen von Antriebsinformationen eines Motors durch einen Antriebsinformations-Detektor; und Steuern durch eine Steuerung, dass durch eine Diesel-Einspritzeinrichtung eingespritzter Dieselkraftstoff als Einfacheinspritzung oder Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird, basierend auf einem Antriebsbereich und einer Klopfintensität, die von den Antriebsinformationen abgeleitet werden.
  • Der Dieselkraftstoff kann als die Einfacheinspritzung eingespritzt werden, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Last ist, der Dieselkraftstoff wird als die Einfacheinspritzung eingespritzt, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last oder einer mittleren Last ist und die Klopfintensität geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und der Dieselkraftstoff wird als das Mehrfacheinspritzverfahren eingespritzt, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last oder einer mittleren Last ist und die Klopfintensität gleich dem vorbestimmten Wert oder größer als derselbe ist.
  • Ein Lastbereich des Motors kann anhand eines BMEP und eines Dieselanteils bestimmt werden und der Dieselanteil ist eine Menge an Dieselkraftstoff relativ zu der gesamten Kraftstoffmenge.
  • Die Klopfintensität kann anhand eines maximalen Verbrennungsdrucks, einer maximalen Druckanstiegsrate und einer Motordrehzahl berechnet werden, die durch den Antriebsinformations-Detektor erfasst werden.
  • Die Klopfintensität (RI) kann anhand einer Gleichung von:
    Figure DE102016221979A1_0003
    berechnet werden, wobei MPRR eine maximale Druckanstiegsrate bezeichnet, RPM eine Motordrehzahl bezeichnet und Pmax einen maximalen Verbrennungsdruck bezeichnet.
  • Die Mehrfacheinspritzung kann eine erste Haupteinspritzung und eine zweite Haupteinspritzung enthalten, wobei die erste Haupteinspritzung in einem vorbestimmten ersten BTDC CA eingespritzt wird und die zweite Haupteinspritzung in einem vorbestimmten zweiten BTDC CA eingespritzt wird und der erste BTDC CA vergrößert wird, während sich der Antriebsbereich des Motors von dem Bereich bei einer niedrigen Last zu dem Bereich bei einer mittleren Last bewegt.
  • Da ein Einspritzverfahren des Dieselkraftstoffs gemäß einem Antriebsbereich eines Motors differenziert wird, ist es nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Verbrennungsstabilität zu erzielen und einen in dem Abgas enthaltenen Stoff zu reduzieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beiliegenden Zeichnungen dienen lediglich zum Beschreiben beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und der Bereich der vorliegenden Offenbarung ist nicht durch die beiliegenden Zeichnungen beschränkt.
  • 1 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Die 3 bis 6 sind Zeichnungen, die Betätigungen eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
  • 7 ist ein Graph, der einen Einspritzzeitpunkt, eine Wärmefreisetzungsrate (HRR; engl. Heat Release Rate) und einen Verbrennungsdruck gemäß einem Kurbelwinkel in einem Bereich bei einer niedrigen Last nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 8 ist ein Graph, der einen Einspritzzeitpunkt, eine HRR und einen Verbrennungsdruck gemäß einem Kurbelwinkel in einem Bereich bei einer mittleren Last nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständiger beschrieben werden, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt sind. Wie wohl jemand mit Fähigkeiten in der Technik erkennt, können die beschriebenen Ausführungsformen auf viele verschiedene Weisen modifiziert werden, ganz ohne von dem Wesen oder Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Um die vorliegende Offenbarung klar zu beschreiben, werden Teile, die für die Beschreibung irrelevant sind, weggelassen und ähnliche Nummern beziehen sich überall in der Beschreibung auf ähnliche oder gleichartige Bestandteile.
  • In den Zeichnungen können ferner eine Größe und Stärke jedes Elements zum besseren Verständnis und zur einfacheren Beschreibung dargestellt sein und die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
  • Nachstehend wird ein Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotor nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotor nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Wie in 1 gezeigt, enthält ein Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotor nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Motor 10 mit einer oder mehreren Brennkammern 11 zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments durch Verbrennen eines Kraftstoffs, eine Diesel-Einspritzeinrichtung 13 zum Einspritzen eines Dieselkraftstoffs in die Brennkammer 11, eine Benzin-Einspritzeinrichtung 15 zum Einspritzen eines Benzinkraftstoffs in die Brennkammer 11, einen Antriebsinformations-Detektor 20 zum Erfassen von Antriebsinformationen und eine Steuerung 30 zum Steuern einer Betätigung des Motors 10, der Diesel-Einspritzeinrichtung 13 und der Benzin-Einspritzeinrichtung 15.
  • Die durch den Antriebsinformations-Detektor 20 erfassten Antriebsinformationen können eine Motordrehzahl und einen Verbrennungsdruck enthalten. Die Motordrehzahl kann durch eine Drehzahl einer Kurbelwelle erfasst werden und der Verbrennungsdruck kann durch einen Verbrennungsdrucksensor erfasst werden. Das heißt, der Antriebsinformations-Detektor 20 kann einen Drehzahlsensor der Kurbelwelle und den Verbrennungsdrucksensor enthalten. Die durch den Antriebsinformations-Detektor 20 erfassten Antriebsinformationen können zu der Steuerung 30 übertragen werden, die mit dem Antriebsinformations-Detektor 20 elektrisch verbunden ist.
  • Die Steuerung 30 kann durch einen oder mehrere Prozessoren umgesetzt werden, die durch ein vorbestimmtes Programm aktiviert werden, und das vorbestimmte Programm kann zum Durchführen jedes Schrittes eines Verfahrens zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach einer Ausführungsform dieser Offenbarung programmiert sein.
  • Die Steuerung 30 bestimmt einen Antriebsbereich des Motors anhand der Antriebsinformationen und berechnet eine Klopfintensität (RI) anhand der Antriebsinformationen. Die Steuerung 30 steuert den eingespritzten Dieselkraftstoff, um als Einfacheinspritzverfahren oder Mehrfacheinspritzverfahren eingespritzt zu werden, gemäß dem Antriebsbereich und der Klopfintensität des Motors.
  • Der Antriebsbereich kann einen Drehzahlbereich und einen Lastbereich enthalten. Die Steuerung 30 kann den Drehzahlbereich des Motors anhand der Motordrehzahl bestimmen. Die Steuerung 30 kann bestimmen, dass der Drehzahlbereich ein Bereich bei einer niedrigen Drehzahl ist, wenn die Motordrehzahl geringer als eine vorbestimmte Drehzahl ist, und kann bestimmen, dass der Drehzahlbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl ist, wenn die Motordrehzahl größer als die vorbestimmte Drehzahl oder gleich derselben ist.
  • Die Steuerung 30 kann den Lastbereich anhand eines BMEP (effektiver Mitteldruck) und eines Dieselanteils bestimmen. Der Dieselanteil kann eine Dieselkraftstoffmenge der gesamten Kraftstoffmenge bedeuten, die in die Brennkammer 11 eingespritzt wird.
  • Die Steuerung 30 kann bestimmen, dass der Antriebsbereich ein Bereich bei einer niedrigen/mittleren Last ist, wenn der BMEP geringer als ein vorbestimmter Druck (z. B. 4 bar (400 kPa)) ist und der Dieselanteil geringer als ein vorbestimmter Anteil (z. B. 50%) ist, und dass der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Last ist, wenn der BMEP größer als der vorbestimmte Druck ist und der Dieselanteil größer als der vorbestimmte Anteil ist.
  • Bei dem Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotor wird Dieselkraftstoff als eine Zündquelle verwendet und Benzinkraftstoff zum Steuern des Drehmoments des Motors verwendet. Daher bedeutet, dass der Anteil des Benzins in dem gesamten Kraftstoff (Benzinkraftstoff + Dieselkraftstoff) hoch ist, dass der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Last ist.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die Klopfintensität (RI) verwendet, um ein Klopfen in der Brennkammer 11 vorherzusagen. Die Klopfintensität (RI) kann anhand eines maximalen Verbrennungsdrucks (Pmax) des Motors 10, einer maximalen Druckanstiegsrate (MPRR) (bar/deg bzw. bar/Grad) und der Motordrehzahl (RPM; engl. revolutions per minute, zu Deutsch: Umdrehungen pro Minute) berechnet werden.
  • Detailliert kann die Klopfintensität anhand der folgenden Gleichung berechnet werden.
  • (Gleichung 1)
    Figure DE102016221979A1_0004
  • Hier bezeichnet MPRR die maximale Druckanstiegsrate, RPM die Motordrehzahl und Pmax den maximalen Verbrennungsdruck.
  • Eine Möglichkeit, dass ein Klopfen auftreten wird, ist gering, wenn die Klopfintensität gering ist, wobei die Steuerung 30 folglich steuert, dass der Dieselkraftstoff als ein Einfacheinspritzverfahren eingespritzt wird. Die Möglichkeit, dass ein Klopfen auftreten wird, ist jedoch höher, wenn die Klopfintensität hoch ist, wobei die Steuerung 30 folglich steuert, dass der Dieselkraftstoff als das Mehrfacheinspritzverfahren eingespritzt wird.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
  • 2 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Wie in 2 gezeigt, erfasst der Antriebsinformations-Detektor 20 im Schritt S10 die Antriebsinformationen, die die Motordrehzahl und den Verbrennungsdruck enthalten, und die erfassten Antriebsinformationen werden zu der Steuerung 30 übertragen.
  • Die Steuerung 30 bestimmt einen Antriebsbereich des Motors anhand der Antriebsinformationen.
  • Detailliert bestimmt die Steuerung 30 im Schritt S20 einen Drehzahlbereich des Motors. Die Steuerung 30 vergleicht die Motordrehzahl mit einer vorbestimmten Drehzahl und bestimmt, dass der Drehzahlbereich ein Bereich bei einer niedrigen Drehzahl ist, wenn die Motordrehzahl geringer als eine vorbestimmte Drehzahl ist.
  • Die Steuerung 30 bestimmt im Schritt S30 einen Lastbereich des Motors. Die Steuerung 30 vergleicht den BMEP mit einem vorbestimmten Druck und vergleicht den Dieselanteil mit einem vorbestimmten Anteil. Wenn der BMEP geringer als der vorbestimmte Druck ist und der Dieselanteil geringer als der vorbestimmte Anteil ist, bestimmt die Steuerung 30, dass der Lastbereich des Motors ein Bereich bei einer hohen Last ist.
  • Wenn der Antriebsbereich des Motors der Bereich bei einer niedrigen Drehzahl und der Bereich bei einer hohen Last ist, steuert die Steuerung 30 im Schritt S40 den Dieselkraftstoff, um als das Einfacheinspritzverfahren eingespritzt zu werden.
  • Die nachstehende Tabelle 1 zeigt eine Emissionsmenge gemäß der Einfacheinspritzung und der Mehrfacheinspritzung in dem Bereich bei einer niedrigen Drehzahl und dem Bereich bei einer hohen Last. (Tabelle 1)
    Einfacheinspritzung Mehrfacheinspritzung
    NOx [ppm] 35 35
    PM [FSN] 0,09 0,10
    CO [ppm] 7500 3662
    THC [ppm] 4403 4182
    CO2 [g/kWh] 199,9 194,1
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, wird verglichen zu dem Einfacheinspritzverfahren nur Kohlenmonoxid (CO) verringert, wenn der Dieselkraftstoff in dem Doppel- bzw. Zweifacheinspritzverfahren in dem Bereich bei einer niedrigen Drehzahl und hohen Last eingespritzt wird, und Stickoxid (NOx), Feststoff (PM; engl. particulate material), Gesamtkohlenwasserstoff (THC; engl. total hydro-carbon) und Kohlendioxid (CO2) sind fast gleich.
  • Daher wird bevorzugt, dass der Dieselkraftstoff in dem Einfacheinspritzverfahren eingespritzt wird.
  • Im Schritt S20 bestimmt die Steuerung 30, dass der Drehzahlbereich des Antriebsbereiches ein Bereich bei einer hohen Drehzahl ist, wenn die Motordrehzahl größer als die vorbestimmte Drehzahl ist. Im Schritt S30 bestimmt die Steuerung 30, wenn der BMEP größer als der vorbestimmte Druck ist und der Dieselanteil größer als der vorbestimmte Anteil ist, dass der Lastbereich des Motors ein Bereich bei einer niedrigen/mittleren Last ist.
  • Die Steuerung 30 berechnet im Schritt S50 die Klopfintensität (RI), wenn der Antriebsbereich des Motors der Bereich bei einer hohen Drehzahl ist und der Bereich bei einer niedrigen/mittleren Last ist. Die Klopfintensität wird zum Vorhersagen einer Möglichkeit des Klopfens in der Brennkammer 11 verwendet, wobei das detaillierte Berechnungsverfahren der Klopfintensität der obigen Beschreibung entspricht.
  • Die Steuerung 30 vergleicht im Schritt S60 die Klopfintensität mit einer vorbestimmten Intensität (z. B. 5 MW/m2) und die Steuerung 30 bestimmt, dass die Möglichkeit des Klopfens in der Brennkammer 11 sehr gering ist, und steuert im Schritt S40, dass der durch die Diesel-Einspritzeinrichtung eingespritzte Dieselkraftstoff in dem Einfacheinspritzverfahren eingespritzt wird, wenn die Klopfintensität geringer als die vorbestimmte Intensität ist.
  • Im Schritt S60 bestimmt die Steuerung 30, wenn die Klopfintensität größer als die vorbestimmte Intensität ist, dass die Möglichkeit des Klopfens in der Brennkammer 11 höher ist, und steuert im Schritt S70, dass der durch die Diesel-Einspritzeinrichtung eingespritzte Dieselkraftstoff in dem Mehrfacheinspritzverfahren eingespritzt wird.
  • Die folgende Tabelle 2 zeigt eine Emission gemäß der Einfacheinspritzung und der Mehrfacheinspritzung in dem Bereich bei einer hohen Drehzahl und dem Bereich bei einer niedrigen Last. (Tabelle 2)
    Einfacheinspritzung Mehrfacheinspritzung
    NOx [ppm] 29 36
    PM [FSN] 0,02 0,10
    CO [ppm] 7600 4675
    THC [ppm] 3420 2139
    CO2 [g/kWh] 207,1 206,2
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, wird, wenn der Dieselkraftstoff in dem Mehrfacheinspritzverfahren in einem Bereich bei einer hohen Drehzahl und niedrigen Last eingespritzt wird, Stickoxid (NOx) erhöht, aber Feststoff (PM), Kohlenmonoxid (CO), Gesamtkohlenwasserstoff (THC) und Kohlendioxid (CO2) werden verringert.
  • Die folgende Tabelle 3 zeigt eine Emission gemäß der Einfacheinspritzung und der Mehrfacheinspritzung in dem Bereich bei einer hohen Drehzahl und dem Bereich bei einer mittleren Last. (Tabelle 3)
    Einfacheinspritzung Mehrfacheinspritzung
    NOx [ppm] 25 24
    PM [FSN] 0,10 0,08
    CO [ppm] 6800 3900
    THC [ppm] 4502 4512
    CO2 [g/kWh] 218,7 215,1
  • Wie in Tabelle 3 gezeigt, werden, wenn der Dieselkraftstoff in dem Mehrfacheinspritzverfahren in dem Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer mittleren Last eingespritzt wird, Stickoxid (NOx), Feststoff (PM), Kohlenmonoxid (CO), Gesamtkohlenwasserstoff (THC) und Kohlendioxid (CO2) verringert.
  • Nachstehend werden Betätigungen des Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
  • Die 3 bis 6 sind Zeichnungen, die Betätigungen eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors nach beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. 7 ist ein Graph, der einen Einspritzzeitpunkt, eine Wärmefreisetzungsrate (HRR) und einen Verbrennungsdruck gemäß einem Kurbelwinkel in einem Bereich bei einer niedrigen Last nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 8 ist ein Graph, der einen Einspritzzeitpunkt, eine HRR und einen Verbrennungsdruck gemäß einem Kurbelwinkel in einem Bereich bei einer mittleren Last nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • In Bezug auf 3 öffnet das Einlassventil 18 in dem Ansaugtakt die Einlassöffnungen zum Einspritzen eines Vorgemisches aus der Luft, die durch den Einlasskrümmer zugeführt wird, und dem Benzinkraftstoff, der durch die Benzin-Einspritzeinrichtung 15 eingespritzt wird, in die Brennkammer.
  • Und der Einspritzzeitpunkt des Benzinkraftstoffs ist auf einen BTDC CA (Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt) von ca. 180 festgelegt.
  • Wenn ein Kolben in dem Verdichtungstakt nach oben bewegt wird, verdichtet der Kolben in Bezug auf 4 das Vorgemisch aus der Luft und dem Benzinkraftstoff und der Dieselkraftstoff wird in die Brennkammer durch die Diesel-Einspritzeinrichtung 13 eingespritzt. Durch die Diesel-Einspritzeinrichtung eingespritzter Dieselkraftstoff kann zum Steuern der Zündung des Benzinkraftstoffs verwendet werden.
  • Zu dieser Zeit wird eine erste Haupteinspritzung der Mehrfacheinspritzung des Dieselkraftstoffs in einem vorbestimmten ersten BTDC CA (Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt) eingespritzt und eine zweite Haupteinspritzung der Mehrfacheinspritzung des Dieselkraftstoffs in einem vorbestimmten zweiten BTDC CA eingespritzt. Da der erste BTDC CA größer als der zweite BTDC CA ist, wird die erste Haupteinspritzung eingespritzt und dann die zweite Haupteinspritzung eingespritzt.
  • Die erste Haupteinspritzung kann in einem BTDC CA von 45 ± 3 eingespritzt werden und die zweite Haupteinspritzung kann in einem BTDC CA von 20 ± 3 eingespritzt werden.
  • Wenn der Dieselkraftstoff als das Einfacheinspritzverfahren eingespritzt wird, kann der Dieselkraftstoff in einem BTDC CA von 30 ± 3 eingespritzt werden.
  • Die erste Haupteinspritzungsmenge und die zweite Haupteinspritzungsmenge können sich gemäß einer Motorlast unterscheiden. Die erste Haupteinspritzungsmenge und die zweite Haupteinspritzungsmenge können in der Steuerung 30 als oder in einem Kennfelddatenformat gespeichert werden.
  • Beispielsweise kann die zweite Haupteinspritzungsmenge verringert werden, während der BMEP größer wird.
  • In Bezug auf 5 tritt eine Zündung durch Verdichten des eingespritzten Dieselkraftstoffs gemäß der Aufwärtsbewegung des Kolbens auf. Die Zündung kann erforderlichenfalls durch die Zündkerzen 140 erfolgen.
  • In Bezug auf 6 explodiert das Kraftstoffgemisch durch Zünden des gesamten Kraftstoffs, der durch Vermischen des Benzinkraftstoffs und des Dieselkraftstoffs erhalten wird, und der Kolben bewegt sich durch eine Kraft der Explosion nach unten, um die Antriebsleistung und das Drehmoment zu erzeugen. Dann werden die Auslassventile geöffnet, um das bei der Verbrennungsoperation erzeugte Abgas zu dem Auslasskrümmer durch die Auslassöffnungen auszustoßen.
  • Wie in den 7 und 8 gezeigt, werden beim Einspritzen des Dieselkraftstoffs in dem Mehrfacheinspritzverfahren der Verbrennungsdruck und die HRR erhöht und der maximale Verbrennungsdruck und die maximale HRR nähern sich dem TDC (oberer Totpunkt).
  • Das heißt, da Dieselkraftstoff und Benzinkraftstoff durch die erste Haupteinspritzung des Dieselkraftstoffs im Voraus vermischt werden und der Dieselkraftstoff, der als Zündquelle gehandhabt wird, in der Brennkammer 11 gleichmäßig verteilt wird, wird eine Verbrennungsgeschwindigkeit des Benzinkraftstoffs schneller. Daher werden der Verbrennungsdruck und die HRR erhöht und nähern sich dem TDC.
  • Wenn sich der Verbrennungsdruck und die maximale HRR dem TDC nähern, wird an sich eine effektive Arbeit bzw. Nutzarbeit des Motors erhöht und folglich der Wirkungsgrad des Motors verbessert.
  • Bei der vorliegenden Offenbarung unterscheidet sich das Mehrfacheinspritzverfahren von einer durch einen herkömmlichen Dieselmotor durchgeführten Piloteinspritzung, die vor einer Haupteinspritzung eingespritzt wird. Wenn die Piloteinspritzung gemäß einem herkömmlichen Dieselmotor durchgeführt wird, ist eine Piloteinspritzungsmenge sehr gering. Im Allgemeinen beträgt die Piloteinspritzungsmenge weniger als 10% der Haupteinspritzungsmenge. Und die Haupteinspritzung eines herkömmlichen Dieselmotors wird nahe dem TDC (oberer Totpunkt) eingespritzt. Gemäß dem Mehrfacheinspritzverfahren wird aber die Haupteinspritzung in zwei Haupteinspritzungen (erste Haupteinspritzung und zweite Haupteinspritzung) eingespritzt. Und eine Differenz der ersten Haupteinspritzungsmenge und der zweiten Haupteinspritzungsmenge ist sehr gering.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, Emissionen zu verbessern und einen Wirkungsgrad der Verbrennung zu erhöhen, da eine Haupteinspritzung des Dieselkraftstoffs in zwei Haupteinspritzungen eingespritzt wird.
  • Zwar wurde diese Offenbarung in Verbindung damit beschrieben, was derzeit als praktische beispielhafte Ausführungsformen gilt, aber es sollte klar sein, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen decken soll, die innerhalb des Wesens und Bereiches der beiliegenden Ansprüche enthalten sind.

Claims (12)

  1. Einrichtung zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors, aufweisend: einen Motor, der ein Antriebsdrehmoment durch Verbrennen von Benzinkraftstoff und Dieselkraftstoff erzeugt; einen Antriebsinformations-Detektor zum Erfassen von Antriebsinformationen des Motors; und eine Steuerung zum Steuern einer Diesel-Einspritzeinrichtung basierend auf einem Antriebsbereich und einer Klopfintensität, die in den Antriebsinformationen enthalten sind, derart, dass Dieselkraftstoff als eine Einfacheinspritzung oder eine Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung Folgendes steuert: der Dieselkraftstoff wird als die Einfacheinspritzung eingespritzt, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Last ist; der Dieselkraftstoff wird als die Einfacheinspritzung eingespritzt, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last oder mittleren Last ist und die Klopfintensität geringer als ein vorbestimmter Wert ist; und der Dieselkraftstoff wird als die Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und entweder einer niedrigen Last oder einer mittleren Last ist und die Klopfintensität gleich dem vorbestimmten Wert oder größer als derselbe ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung einen Lastbereich des Motors anhand eines effektiven Mitteldrucks (BMEP) und eines Dieselanteils bestimmt und der Dieselanteil eine Dieselkraftstoffmenge relativ zu der gesamten Kraftstoffmenge ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung die Klopfintensität anhand eines maximalen Verbrennungsdrucks, einer maximalen Druckanstiegsrate und einer Motordrehzahl berechnet, die durch den Antriebsinformations-Detektor erfasst werden.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Klopfintensität anhand einer Gleichung von:
    Figure DE102016221979A1_0005
    berechnet wird, wobei MPRR eine maximale Druckanstiegsrate, RPM eine Motordrehzahl und Pmax einen maximalen Verbrennungsdruck bezeichnet.
  6. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrfacheinspritzung eine erste Haupteinspritzung und eine zweite Haupteinspritzung enthält, die erste Haupteinspritzung in einem vorbestimmten ersten Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt (BTDC CA) eingespritzt wird und die zweite Haupteinspritzung in einem vorbestimmten zweiten BTDC CA eingespritzt wird, und der erste BTDC CA vergrößert wird, während sich der Antriebsbereich des Motors von dem Bereich bei einer niedrigen Last zu dem Bereich bei einer mittleren Last bewegt.
  7. Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors, aufweisend: Erfassen von Antriebsinformationen eines Motors durch einen Antriebsinformations-Detektor; und Steuern durch eine Steuerung, dass durch eine Diesel-Einspritzeinrichtung eingespritzter Dieselkraftstoff als eine Einfacheinspritzung oder eine Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird, basierend auf einem Antriebsbereich und einer Klopfintensität, die von den Antriebsinformationen abgeleitet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Dieselkraftstoff als die Einfacheinspritzung eingespritzt wird, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Last ist, der Dieselkraftstoff als die Einfacheinspritzung eingespritzt wird, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last oder einer mittleren Last ist und die Klopfintensität geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und der Dieselkraftstoff als die Mehrfacheinspritzung eingespritzt wird, wenn der Antriebsbereich ein Bereich bei einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last oder einer mittleren Last ist und die Klopfintensität gleich dem vorbestimmten Wert oder größer als derselbe ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Lastbereich des Motors anhand eines BMEP und eines Dieselanteils bestimmt wird und der Dielenanteil eine Dieselkraftstoffmenge relativ zu der gesamten Kraftstoffmenge ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Klopfintensität anhand eines maximalen Verbrennungsdrucks, einer maximalen Druckanstiegsrate und einer Motordrehzahl berechnet wird, die durch den Antriebsinformations-Detektor erfasst werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Klopfintensität anhand einer Gleichung von:
    Figure DE102016221979A1_0006
    berechnet wird, wobei MPRR eine maximale Druckanstiegsrate, RPM eine Motordrehzahl und Pmax einen maximalen Verbrennungsdruck bezeichnet.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Mehrfacheinspritzung eine erste Haupteinspritzung und eine zweite Haupteinspritzung enthält, die erste Haupteinspritzung in einem vorbestimmten ersten BTDC CA eingespritzt wird und die zweite Haupteinspritzung in einem vorbestimmten zweiten BTDC CA eingespritzt wird, und der erste BTDC CA vergrößert wird, während sich der Antriebsbereich des Motors von dem Bereich bei einer niedrigen Last zu dem Bereich bei einer mittleren Last bewegt.
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