DE102017108126A1

DE102017108126A1 - Motor mit Anpassung der Direkteinspritzung und Einlasskanaleinspritzung auf Grundlage von Motorenölparametern

Info

Publication number: DE102017108126A1
Application number: DE102017108126.7A
Authority: DE
Inventors: Maqsood Rizwan ALI KHAN; Bryan K. Pryor; Mark R. Claywell
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2017-10-26
Also published as: CN107304729A; US20170306878A1

Abstract

Ein Verbrennungsmotor beinhaltet eine Motorstruktur, die einen Zylinder mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung definiert. Ein Kolben ist im Zylinder angeordnet und antriebsmäßig mit einer Kurbelwelle verbunden. Ein Direkteinspritzsystem spritzt Kraftstoff direkt in den Zylinder ein. Ein Einlasskanaleinspritzsystem spritzt Kraftstoff in den Einlasskanal ein. Ein Öltemperatursensor und ein Drehzahlsensor stehen in Verbindung mit einer Steuerung, welche das Direkteinspritzsystem und das Einlasskanaleinspritzsystem auf Grundlage der gemessenen Öltemperatur und Motordrehzahl steuert. Konkret verwendet die Steuerung einen Steueralgorithmus, der die Anteile der Direkteinspritzung und der Einlasskanaleinspritzung auf Grundlage der gemessenen Öltemperatur und Motordrehzahl abändert. Der maximale Druckabbau für die Direkteinspritzung wird durch einen maximal zulässigen Einlasskanaleinspritzungs-Arbeitszyklus begrenzt, wie er durch die Steuerung bestimmt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere einen Motor mit einer Anpassung der direkten und indirekten Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage von Motorölparametern.
HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG
Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise etwa den Stand der Technik handelt.
Verbrennungsmotoren werden oft mit Einspritzdüsen geliefert, die Kraftstoff direkt in die Verbrennungszylinder einspritzen. Die Einspritzdüsen werden durch Direkteinspritz-Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt, die durch ein Kurvengetriebe angetrieben werden kann. Das Kurvengetriebe kann an der Nockenstößel-Schnittstelle großer Belastung/Last ausgesetzt sein. Bei hohen Motordrehzahlen und hohen Motoröltemperaturen, kann eine Schmierölfilmdicke an der Nockenstößel-Schnittstelle und an den Nockenlagern verringert werden, was zu vorzeitigem Verschleiß führt.
Dementsprechend ist es wünschenswert, die Lebensdauer der Hochdruck-Direkteinspritzungspumpe durch Reduzierung der Belastung/Last an der Nockenstößel-Schnittstelle zu verlängern. Die vorliegende Offenbarung stellt einen Verbrennungsmotor bereit, der eine Motorstruktur beinhaltet, welche einen Zylinder mit einem Einlasskanal und einen Auslasskanal definiert. Ein Kolben ist im Zylinder angeordnet und antriebsmäßig mit einer Kurbelwelle verbunden. Ein Direkteinspritzsystem spritzt Kraftstoff direkt in den Zylinder ein. Ein Einlasskanaleinspritzsystem spritzt Kraftstoff in den Einlasskanal ein. Ein Öltemperatursensor und ein Drehzahlsensor stehen in Verbindung mit einer Steuerung, welche das Direkteinspritzsystem und Einlasskanaleinspritzsystem auf Grundlage der gemessenen Öltemperatur und Motordrehzahl steuert. Konkret verwendet die Steuerung einen Steueralgorithmus, der die Anteile der Direkteinspritzung und der Einlasskanaleinspritzung auf Grundlage der gemessenen Öltemperatur und Motordrehzahl abändert. Der maximale Druckabbau für die Direkteinspritzung wird durch einen maximal zulässigen Einlasskanaleinspritzungs-Arbeitszyklus begrenzt, wie er durch die Steuerung bestimmt wird.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung und Einlasskanaleinspritzung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Nockenantriebssystems für eine Direkteinspritzungspumpe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt ein Diagramm der Ölfilmdicke auf der Nockenwelle bezogen auf die Öltemperatur; und
4 ist eine exemplarische graphische Darstellung einer Nachschlagtabelle für den begrenzten Druck der Direkteinspritzung bezogen auf die Motordrehzahl.
Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen ausführlicher beschreiben.
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können, und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung beschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „beinhalten“ und „haben“ sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder veranschaulichte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „an/auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn, im Gegensatz dazu, ein Element als „direkt an/auf“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hierin verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein weiter unten erörtertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hierin zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Ausrüstung zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en), wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, sind Elemente, die als „unterhalb“ von oder „unter“ anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb“ anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb“ sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb enthalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
Mit Bezug auf 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 dargestellt, der eine Motorstruktur 12 beinhaltet, welche einen Zylinder 14 definiert. Ein Einlasskanal 16 und ein Auslasskanal 18 stehen jeweils mit dem Zylinder 14 in Verbindung. Ein Kolben 20 ist innerhalb des Zylinders angeordnet und mit einer Kurbelwelle 22 verbunden. Der Motor 10 kann eine Ölwanne 24 beinhalten, in der sich das Schmieröl sammelt. Der Motor 10 beinhaltet eine Direkteinspritzungs-Einspritzdüse 26, die Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 einspritzt, sowie eine Einlasskanaleinspritzungs-Einspritzdüse 28, die Kraftstoff in den Einlasskanal 16 einspritzt. Die Direkteinspritzungs-Einspritzdüse 26 beinhaltet ein Stellglied 30 und steht in Verbindung mit einer Direkteinspritzungs-Kraftstoffpumpe 32. Die Einlasskanaleinspritzungs-Einspritzdüse 28 beinhaltet ein Stellglied 34 und steht in Verbindung mit einer Einlasskanaleinspritzpumpe 36.
Mit Bezug auf 2 wird die Direkteinspritzungs-Kraftstoffpumpe 32 durch eine Nockenvorsprung 40 einer Nockenwelle 42 angetrieben, die in einen Nockenstößel 44 eingreift, welcher die Direkteinspritzungs-Kraftstoffpumpe 32 in einer Hin- und Herbewegung antreibt. Die Nockenwelle 42 beinhaltet Auflageflächen, an denen sich ein Ölfilm bildet. Während die Öltemperatur ansteigt kann eine Dicke des Ölfilms abnehmen. Ein durchgehender Betrieb der Direkteinspritzungs-Kraftstoffpumpe 32 unter Bedingungen von hoher Temperatur sowie hoher Motordrehzahl und -last kann die Nockenstößel-Schnittstelle belasten, was die Lebensdauer der Direkteinspritzungspumpe 36 verringern kann.
Verbrennungsmotor 10 beinhaltet eine Steuerung 50, die den Betrieb des Stellgliedes 30 der Direkteinspritzungs-Einspritzdüse 26 und des Stellgliedes 34 der Einlasskanaleinspritzungs-Einspritzdüse 28 steuert. Der Verbrennungsmotor 10 beinhaltet außerdem einen Motordrehzahlsensor 52 und einen Temperatursensor 54, um Signale an die Steuerung 50 zu liefern. Wenn die Motordrehzahl und/oder Öltemperatur auf ein vorbestimmtes Schwellwertniveau ansteigt, wird die Belastung der Direkteinspritzungs-Kraftstoffpumpe 32 durch die Steuerung 50 reduziert, welche die Kraftstoffmenge steigert, die von der Einlasskanaleinspritzungs-Einspritzdüse 28 eingeleitet wird, um die reduzierte Kraftstoffeinspritzung durch die Direkteinspritzungs-Einspritzdüse 26 zu kompensieren.
Unter Betrieb empfängt die Steuerung 50 Eingaben mit Bezug auf Ölparameter, welche die Ölviskosität beeinflussen können. Gemäß einem bevorzugten Beispiel empfängt die Steuerung die Motoröltemperatur und Motordrehzahl vom Öltemperatursensor 54 und dem Motordrehzahlsensor 52. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor 54 eine andere Vorrichtung sein, die Ölparameter abfühlt, die verwendet werden können, um auf die Ölqualität zu schließen, wie einen Ölviskositätssensor. Wie in 3 dargestellt kann die Steuerung 50, wenn die Öltemperatur (entlang der X-Achse) einen vorbestimmtes Schwellenwertniveau überschreitet, das eine Lagerölfilmdicke (entlang der Y-Achse) unterhalb einer Schwellendicke (dargestellt durch Leitung A) anzeigt, einen reduzierten oder begrenzten Direkteinspritzungsdruck aus einer Nachschlag-Steuerungskarte (siehe die exemplarische Nachschlagkarte aus 4, die eine graphische Darstellung des begrenzten Drucks Direkteinspritzung (MPa) auf der vertikalen Achse bezogen auf die Motordrehzahl (U/min.) auf der horizontalen Achse für unterschiedliche Öltemperaturen ist) oder einen Algorithmus bestimmen, und eine Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzmenge berechnen, um den reduzierten oder begrenzten Direkteinspritzungsdruck zu kompensieren. Die direkte Kraftstoffeinspritzmenge und die Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzmenge können jeweils auf Grundlage eines Arbeitszyklus der entsprechenden Stellglieder 30, 34 erhöht oder gesenkt werden. Zum Schutz der Direkteinspritzungs-Hochdruckpumpe 32 vor vorzeitigem Verschleiß erhöht die Steuerung 50 die Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage der gemessenen Öltemperatur und Motordrehzahl. Der maximale Direkteinspritzungs-Druckabbau wird durch den maximal zulässigen Einlasskanaleinspritzungs-Arbeitszyklus begrenzt. In dem Maße, wie die Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzmenge erhöht werden kann, kann die direkte Kraftstoffeinspritzmenge um eine kompensierende Menge reduziert werden. Es versteht sich, dass andere Mittel zum Messen oder Schlussfolgern der Ölviskosität (wie der oben erwähnte Ölviskositätssensor) verwendet werden können, um die Aufteilung der Direkteinspritzung und Einlasskanaleinspritzung abzuändern.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Verbrennungsmotor, Folgendes umfassend: eine Motorstruktur, die einem Zylinder mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung definiert; einen im Zylinder angeordneten Kolben; eine Kurbelwelle, die antriebsmäßig mit dem Kolben verbunden ist; ein Direkteinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder; ein Einlasskanal-Brennstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Einlasskanal; einen Öltemperatursensor; einen Motordrehzahlsensor; und eine Steuerung, welche das Direkteinspritzsystem und das Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzsystem auf der Grundlage mindestens eines aus einer gemessenen Öltemperatur und einer gemessenen Motordrehzahl steuert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, worin die Steuerung einen Steueralgorithmus verwendet, der die Anteile der Direkteinspritzung und der Einlasskanaleinspritzung auf Grundlage der gemessenen Öltemperatur und Motordrehzahl abändert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, worin die Steuerung einen maximalen Direkteinspritzungs-Druckabbau auf Grundlage eines maximal zulässigen Einlasskanaleinspritzungs-Arbeitszyklus bestimmt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, worin die Steuerung den gesamten Kraftstoffstrom zum Zylinder begrenzt, wenn die Steuerung bestimmt, dass der gesamte zur Verfügung stehende Einlasskanaleinspritzungs-Arbeitszyklus genutzt wurde und der direkte Einspritzdruck maximal ist.
Verbrennungsmotor, Folgendes umfassend: eine Motorstruktur, die einem Zylinder mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung definiert; einen im Zylinder angeordneten Kolben; eine Kurbelwelle, die antriebsmäßig mit dem Kolben verbunden ist; ein Direkteinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder; ein Einlasskanal-Brennstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Einlasskanal; Mittel zur Bestimmung von Parametern bezüglich der Ölviskosität; und eine Steuerung, welche das Direkteinspritzsystem und das Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzsystem auf Grundlage der Parameter bezüglich der Ölviskosität steuert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, worin die Steuerung einen Steuerungsalgorithmus verwendet, der die Anteile der Direkteinspritzung und der Einlasskanaleinspritzung auf Grundlage der Parameter bezüglich der Ölviskosität abändert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, worin die Steuerung einen maximalen Direkteinspritzungs-Druckabbau auf Grundlage eines maximal zulässigen Einlasskanaleinspritzungs-Arbeitszyklus bestimmt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, worin die Steuerung den gesamten Kraftstoffstrom zum Zylinder begrenzt, wenn die Steuerung bestimmt, dass der gesamte zur Verfügung stehende Einlasskanaleinspritzungs-Arbeitszyklus genutzt wurde und der direkte Einspritzdruck maximal ist.