DE102017117201A1

DE102017117201A1 - Verfahren und system zum einstellen des motorbetriebs auf der grundlage von verdampften und kondensierten teilen von an einem motor eingespritztem wasser

Info

Publication number: DE102017117201A1
Application number: DE102017117201.7A
Authority: DE
Inventors: Mohannad Hakeem; Gopichandra Surnilla; Stephen B. Smith
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-07-29
Publication date: 2018-02-08
Also published as: RU2017126890A; US10337423B2; CN107676199A; US20180038294A1; CN107676199B; US9874163B1; US20180128194A1

Abstract

Verfahren und Systeme zum Einstellen des Motorbetriebs auf der Grundlage geschätzter Anteile von verdampftem und kondensiertem Wasser, welches während eines Wassereinspritzereignisses eingespritzt wird, werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Einspritzen einer Wassermenge in einen Ansaugkrümmer als Reaktion auf Motorzustände und Ableiten eines verdampften und kondensierten Anteils des eingespritzten Wassers auf der Grundlage der eingespritzten Menge und einer Änderung der Verteilertemperatur nach der Einspritzung beinhalten. Ferner kann das Verfahren Einstellen der Wassereinspritzung und der Motorbetriebsparameter als Reaktion auf den verdampften und/oder kondensierten Wasseranteil beinhalten.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Einspritzen von Wasser an einem Motor und Einstellen des Motorbetriebs auf Grund der Wassereinspritzung.
HINTERGRUND/KURZDARSTELLUNG
Verbrennungsmotoren können Wassereinspritzsysteme beinhalten, die Wasser in eine Vielzahl von Stellen einspritzen, einschließlich in einen Ansaugkrümmer, an Motorzylindern vorgelagerten Stellen oder direkt in Motorzylinder. Das Einspritzen von Wasser in die Motoransaugluft kann die Kraftstoffeffizienz und die Motorleistung erhöhen und Motoremissionen reduzieren. Wenn Wasser in den Motoreinlass oder in die Zylinder eingespritzt wird, wird Wärme von der Ansaugluft und/oder den Motorkomponenten auf das Wasser übertragen. Diese Wärmeübertragung verursacht eine Verdampfung, was zu einer Kühlung führt. Das Einspritzen von Wasser in die Ansaugluft (z. B. in den Ansaugkrümmer) senkt sowohl die Temperatur der Ansaugluft als auch eine Verbrennungstemperatur bei den Motorzylindern. Durch Kühlen der Ansaugluftladung kann eine Klopftendenz reduziert werden, ohne das Verhältnis von Verbrennungsluft zu Kraftstoff anzureichern. Dies kann auch ein höheres Verdichtungsverhältnis, einen vorgezogenen Zündzeitpunkt und eine reduzierte Abgastemperatur ermöglichen. Infolgedessen wird die Kraftstoffeffizienz erhöht. Außerdem kann ein höherer Liefergrad zu einem erhöhten Drehmoment führen. Des Weiteren kann eine gesenkte Verbrennungstemperatur mit Wassereinspritzung NOx reduzieren, während ein effizienteres Kraftstoffgemisch Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen reduzieren kann. Wie oben erläutert, kann Wasser in verschiedene Stellen eingespritzt werden, einschließlich in den Ansaugkrümmer, in Ansaugkanäle von Motorzylindern oder direkt in die Motorzylinder. Während die Direkt- und Saugrohreinspritzung den Motorzylindern und Ansaugkanälen eine verstärkte Kühlung bereitstellen kann, kann die Ansaugkrümmereinspritzung die Kühlung der Ladeluft verstärken, ohne dass Hochdruckeinspritzer und Pumpen notwendig wären. Aufgrund der niedrigen Temperatur des Ansaugkrümmers zerstäubt allerdings nicht das gesamte Wasser richtig, das an dem Ansaugkrümmer eingespritzt wurde. Kondensiertes Wasser von der Wassereinspritzung kann sich im Inneren des Ansaugkrümmers sammeln und zu einer instabilen Verbrennung führen, wenn es vom Motor aufgenommen wird. Zudem kann die Wassereinspritzung in den Krümmer zu einer ungleichmäßigen Wasserverteilung auf die mit dem Krümmer verbundenen Zylinder führen. Infolgedessen wird den Motorzylindern eventuell eine ungleichmäßige Kühlung bereitgestellt.
Andere Ansätze zum Reduzieren der Kondensatbildung im Ansaugkrümmer während der Wassereinspritzung beinhalten Begrenzen des eingespritzten Wassers auf der Grundlage der Verteilertemperatur. Zum Beispiel bestimmt der durch Yacoub in der US-Veröffentlichungsnr. 2013/0206100 gezeigte Ansatz die einzuspritzende Wassermenge in Abhängigkeit von der gemessenen Verteilertemperatur. Allerdings haben die Erfinder mögliche Probleme mit derartigen Verfahren erkannt. Insbesondere kann das Einstellen der Wassereinspritzmengen allein auf der Grundlage der Verteilertemperatur die Kondensation und Wasseransammlung im Ansaugkrümmer nicht ausreichend reduzieren. Ferner ist kein Ersatz für Wasser vorhanden, welches innerhalb des Ansaugkrümmers kondensiert. Als eine Folge kann sich eine instabile Verbrennung aus durch den Motor aufgenommenes Wasser entstehen.
In einem Beispiel können die beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zum Einspritzen einer Wassermenge in einen Ansaugkrümmer eines Motors als Reaktion auf Motorzustände und zum Einstellen eines Motorbetriebsparameters als Reaktion auf einen ersten Anteil der Wassermenge, der verdampft ist, und einen zweiten Anteil der Wassermenge, der flüssig blieb, angegangen werden. Auf diese Weise kann der Motorbetrieb eingestellt werden, um den ersten und zweiten Anteil zu kompensieren, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine instabile Verbrennung aufgrund von kondensierter Flüssigkeit im Ansaugkrümmer abnimmt und die Kraftstoffeffizienz- und Motorleistungsvorteile der Wassereinspritzung zunehmen.
Als ein Beispiel kann der erste Anteil der Wassermenge, der verdampft ist, auf der Grundlage einer Änderung der Verteilertemperatur nach dem Einspritzen bestimmt werden und der zweite Anteil der Wassermenge, der flüssig blieb, kann auf der Grundlage der eingespritzten Wassermenge und des ersten Anteils bestimmt werden. Ferner können Motorbetriebsparameter wie der Zündzeitpunkt als Reaktion auf den ersten und zweiten Anteil eingestellt werden. Auf diese Weise können Einstellungen des Zündzeitpunkts das kondensierte Wasser kompensieren, das aus der Wassereinspritzung resultiert, und daher kann die Wahrscheinlichkeit für eine instabile Verbrennung aufgrund der Aufnahme des kondensierten Wassers reduziert werden. In einem weiteren Beispiel können die Wassereinspritzmengen für nachfolgende Wassereinspritzereignisse auf der Grundlage des ersten und/oder zweiten Anteils eingestellt werden. Dies kann zum Erreichen gewünschter Wassereinspritzmengen im Ansaugkrümmer führen und daher die Kraftstoffeffizienz weiter verbessern, Klopfen senken und Emissionen reduzieren.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder maßgebliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzustellen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die ausführliche Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, welche die vorangehenden oder in jedwedem Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Motorsystems, das ein Wassereinspritzsystem beinhaltet.
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform einer Wassereinspritzeranordnung für einen Motor.
3 zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform einer Wassereinspritzeranordnung für einen Motor.
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform einer Wassereinspritzeranordnung für einen Motor.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einspritzen von Wasser in eine oder mehrere Stellen in einem Motor.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Auswählen einer Stelle zur Wassereinspritzung auf Grund von Motorbetriebsparametern.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen der Wassereinspritzung und von Motorbetriebsparametern auf Grund eines geschätzten verdampften und kondensierten Anteils von an einem Motor eingespritztem Wasser.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen der Wassereinspritzung in eine Zylindergruppe eines Motors und Einstellen der Wassereinspritzparameter auf Grund einer Verteilung von Wasser, das stromaufwärts von einer Zylindergruppe eingespritzt wird.
9 zeigt einen Graphen, der Einstellungen an unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen als Reaktion auf einen geschätzten verdampften und kondensierten Anteil von an einem Motor eingespritztem Wasser abbildet.
10 zeigt einen Graphen, der Einstellungen einer Wassereinspritzmenge und Zeitplanung auf Grund einer angegebenen Verteilung von Wasser auf eine Zylindergruppe abbildet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Einspritzen von Wasser an einer ausgewählten Stelle in einem Motor auf Grund von Motorbetriebsbedingungen des Motors und Einstellen von Wassereinspritzparametern, sowie Motorbetriebsparametern, auf Grund von einem oder mehreren von einem geschätzten Wasseranteil, der nach der Einspritzung kondensiert ist, und einem geschätzten Wasseranteil, der nach der Einspritzung verdampft ist, und erkannten Unausgewogenheiten in der Wasserverteilung aus der Einspritzung auf eine Zylindergruppe. Eine schematische Abbildung eines beispielhaften Fahrzeugsystems, das ein Wassereinspritzsystem beinhaltet, ist in 1 gezeigt. Die 2–4 zeigen alternative Ausführungsformen eines Motors mit beispielhaften Stellen von Wassereinspritzern für im Wesentlichen das gleiche Motorsystem wie jenes, das in 1 gezeigt wird. Wassereinspritzer können in einer Sammelleitung, die mehreren Zylindern vorgelagert ist, in Ansaugkanälen der Motorzylinder und/oder an jedem einzelnen Zylinder angeordnet sein. Während des Motorbetriebs kann eine Wassereinspritzung an ausgewählten Stellen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motors angefordert werden, um die Ladeluftkühlung zu verstärken, die Kühlung für Motorkomponenten zu verstärken und/oder die Verwässerung an den Motorzylindern zu verstärken. Bedingungen, die die einzuspritzende Wassermenge beeinflussen, können die Motorlast, den Zündzeitpunkt, die Klopfstärke usw. beinhalten. Die 5–8 zeigen beispielhafte Verfahren zum Einspritzen von Wasser an unterschiedlichen Stellen in dem Motor (z. B. einem Ansaugkrümmer oder Ansaugkanälen von Zylindern) und anschließenden Einstellen von Motorbetriebsparametern auf Grund von Schätzungen verdampfter und kondensierter Anteile des eingespritzten Wassers. Konkret zeigt 5 ein Verfahren zum Bestimmen auf Grund von Motorbetriebsbedingungen, ob Wasser über einen oder mehrere Wassereinspritzer eingespritzt werden soll. In 6 wird ein Verfahren zum Auswählen einer Wassereinspritzung an verschiedenen Motorstellen auf Grund von Motorbetriebsbedingungen gezeigt. Zum Beispiel kann das Wasser über einen oder mehrere Einspritzer eingespritzt werden, die in einer Sammelleitung (wie etwa einem Ansaugkrümmer), welcher einer Vielzahl von Zylindern vorgelagert ist, oder in einem Ansaugkanal einzelner Zylinder angeordnet sind, und/oder direkt in die Motorzylinder. 7 zeigt ein Verfahren zum Einspritzen von Wasser an der ausgewählten Stelle und Schätzen der Wassermenge, die nach der Einspritzung verdampft und jener, die danach kondensiert ist. Außerdem zeigt 7 ein Verfahren zum Einstellen der Wassermenge, die während nachfolgender Einspritzereignisse eingespritzt wird, und Einstellen von Motorbetriebsbedingungen auf Grund dieser geschätzten Mengen. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt eingestellt werden, um größere Mengen eingespritzten Wassers auszugleichen, die kondensiert (z. B. flüssig geblieben) sind. In manchen Beispielen kann das Wasser stromaufwärts einer Gruppe von (z. B. zwei oder mehr) Zylindern eingespritzt werden. Allerdings kann es aufgrund verschiedener Luftstrommengen, Drücke und Architekturen jedes Zylinders sein, dass das eingespritzte Wasser nicht gleichmäßig auf alle Zylinder der Gruppe verteilt wird. Daher, wie in 8 gezeigt, kann ein Verfahren ein Erkennen einer Unausgewogenheit in der Wasserverteilung über Zylinder in einer Gruppe hinweg auf Grund von Ausgaben von Klopfsensoren und ein Einstellen der Wassereinspritzparameter auf Grund der erkannten Unausgewogenheit beinhalten. Auf diese Weise kann eine gleichmäßigere Wasserverteilung auf die Zylinder erreicht werden. 9 bildet Änderungen an unterschiedlichen Motorbetriebsparametern als Reaktion auf einen geschätzten verdampften und kondensierten Anteil des Wassers graphisch ab, das an den ausgewählten Stellen eingespritzt wurde. 10 schließlich bildet eine Einstellung der Menge und des Zeitpunkts von Wassereinspritzimpulsen als Reaktion auf eine ungleichmäßige Verteilung über die Zylinder hinweg graphisch ab. Auf diese Weise können die Wassereinspritzparameter auf Grund von Schätzungen ausgewählt werden, wie viel des eingespritzten Wassers an der ausgewählten Stelle verdampft vs. kondensiert, wie viel des eingespritzten Wassers zu jedem Zylinder geleitet wird, und von Motorbetriebsbedingungen. Infolgedessen kann allen Motorzylindern eine gewünschte Ladeluftkühlung und Verwässerung im Motor bereitgestellt werden. Dies kann die Motoreffizienz steigern, den Kraftstoffverbrauch senken und die Emissionen des Motors verringern.
1 zeigt schematisch dargestellt eine Ausführungsform eines Wassereinspritzsystems 60 eines Motorsystems 100 in einem Kraftfahrzeug 102. In der abgebildeten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der mit einem Turbolader 13, einschließend einen Verdichter 14, gekoppelt ist, der von einer Turbine 16 angetrieben wird. Insbesondere wird Frischluft entlang des Ansaugkanals 142 über den Luftreiniger 11 in den Motor 10 eingespeist und strömt zu dem Verdichter 14. Der Verdichter kann ein geeigneter Ansaugluftverdichter, wie etwa ein von einem Motor angetriebener oder von einer Antriebswelle angetriebener Superladeverdichter, sein. Im Motorsystem 100 ist der Verdichter als ein Turboladerverdichter gezeigt, der mechanisch über eine Welle 19 an die Turbine 16 gekoppelt ist, wobei die Turbine 16 durch sich ausdehnende Motorabgase angetrieben wird. In einer Ausführungsform können der Verdichter und die Turbine in einem Twin-Scroll-Turbolader gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Variable-Turbinengeometrie-Lader (VGT-Lader) sein, wobei die Turbinengeometrie aktiv als Funktion der Motordrehzahl und anderer Betriebsbedingungen variiert wird.
Wie in 1 gezeigt wird, ist der Verdichter 14 durch den Ladeluftkühler (CAC) 18 mit dem Drosselventil (z. B. der Ansaugdrossel) 20 gekoppelt. Der CAC kann zum Beispiel ein Luft-Luft- oder Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher sein. Das Drosselventil 20 ist mit dem Ansaugkrümmer 22 des Motors verbunden. Aus dem Verdichter 14 tritt die heiße verdichtete Luftladung in den Einlass des CAC 18 ein, kühlt ab, während sie durch den CAC strömt, und tritt dann aus, um durch das Drosselventil 20 zum Ansaugkrümmer 22 zu gelangen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftfüllung innerhalb des Ansaugkrümmers durch den Krümmerluftdruck-(MAP)-Sensor 24 erfasst und wird ein Ladedruck durch den Ladedrucksensor 124 erfasst. Ein Verdichter-Bypass-Ventil (nicht abgebildet) kann zwischen dem Einlass und dem Auslass des Verdichters 14 in Reihe verbunden sein. Das Verdichter-Bypass-Ventil kann ein normalerweise geschlossenes Ventil sein, das dazu ausgelegt ist, sich unter ausgewählten Betriebsbedingungen zu öffnen, um übermäßigen Ladedruck abzulassen. Zum Beispiel kann das Verdichter-Bypass-Ventil während Bedingungen einer abnehmenden Motordrehzahl geöffnet werden, um ein Verdichterpumpen zu verhüten.
Der Ansaugkrümmer 22 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht gezeigt) und Saugrohren (z. B. Einlasskanälen) 185 mit einer Reihe von Brennkammern oder Zylindern 180 gekoppelt. Wie in 1 gezeigt, ist der Ansaugkrümmer 22 stromaufwärts aller Brennkammern 180 des Motors 10 angeordnet. Sensoren wie etwa ein Sammelleitungsladetemperatur(MCT)-Sensor 23 und Luftladungstemperatursensor (ACT) 125 können einbezogen werden, um die Temperatur der Ansaugluft an den jeweiligen Stellen im Einlasskanal zu bestimmen. In manchen Beispielen können die MCT- und die ACT-Sensoren Thermistoren sein, und die Ausgabe die Thermistore kann verwendet werden, um die Temperatur der Ansaugluft im Durchlass 142 zu bestimmen. Der MCT-Sensor 23 kann zwischen der Drossel 20 und den Einlassventilen der Brennkammern 180 positioniert sein. Der ACT-Sensor 125 kann dem CAC 18 wie dargestellt vorgelagert sein, in alternativen Ausführungsformen allerdings kann der ACT-Sensor 125 dem Verdichter 14 vorgelagert sein. Die Lufttemperatur kann ferner in Verbindung mit einer Motorkühlmitteltemperatur verwendet werden, um zum Beispiel die Menge an Kraftstoff zu berechnen, die dem Motor zugeführt wird. Zusätzliche Temperatursensoren wie etwa ein Temperatursensor 25 können einbezogen werden, um die Temperatur in der Nähe eines Wassereinspritzers zu bestimmen. In manchen Ausführungsformen kann ein Motorsystem 100 eine Vielzahl von Temperatursensoren 25 beinhalten, um die Temperatur bei jeder Wassereinspritzstelle in dem Motor 100 zu bestimmen. Jede Brennkammer kann ferner einen Klopfsensor 183 zum Identifizieren anomaler Verbrennungsereignisse enthalten. Ferner, wie weiter unten mit Verweis auf 8 erläutert, können Ausgaben der Klopfsensoren jeder Brennkammer 180 verwendet werden, um eine Fehlverteilung von Wasser in jede Brennkammer 180 zu erkennen, wobei Wasser stromaufwärts aller Brennkammern 180 eingespritzt wird. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere Klopfsensoren 183 mit ausgewählten Stellen des Motorblocks verbunden werden.
Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Abgasventilen (nicht abgebildet) mit dem Abgaskrümmer 136 verbunden. Die Brennkammern 180 werden durch den Zylinderkopf 182 bedeckt und sind mit Kraftstoffeinspritzern 179 gekoppelt (während in 1 nur ein Kraftstoffeinspritzer gezeigt wird, beinhaltet jede Brennkammer einen damit gekoppelten Kraftstoffeinspritzer). Der Kraftstoff kann dem Einspritzer 179 durch ein Kraftstoffsystem (nicht abgebildet) zugeführt werden, zu dem ein Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffzuteiler gehören. Außerdem saugt die Brennkammer 180 Wasser und/oder Wasserdampf an, das/der durch die eine Vielzahl von Wassereinspritzern 45–48 in den Motoreinlass oder die Brennkammern 180 an sich eingespritzt werden kann. In der abgebildeten Ausführungsform ist das Wassereinspritzsystem dazu ausgelegt, Wasser stromaufwärts der Drossel 20 über den Wassereinspritzer 45, stromabwärts der Drossel und in den Ansaugkrümmer 22 über den Einspritzer 46, in einen oder mehrere Saugrohre (z. B. Ansaugkanäle) 185s über den Einspritzer 48 und direkt in eine oder mehrere Brennkammern 180 über den Einspritzer 47 einzuspritzen. In einer Ausführungsform kann der in den Saugrohren angeordnete Einspritzer 48 in Richtung des Einlassventils des Zylinders, an dem das Saugrohr angebracht ist, gewinkelt und diesem zugewandt sein. Infolgedessen kann der Einspritzer 48 das Wasser direkt auf das Einlassventil einspritzen (dies kann zu einer schnellen Verdampfung des eingespritzten Wassers führen und den Verwässerungsnutzen verstärken, der mit der Verwendung von Wasserdampf als EGR zum Verringern von Pumpverlusten einhergeht). In einer anderen Ausführungsform kann der Einspritzer 48 von dem Einlassventil weggewinkelt und angeordnet sein, um Wasser gegen die Einlassluftströmungsrichtung durch das Saugrohr einzuspritzen. Infolgedessen kann mehr eingespritztes Wasser in dem Luftstrom mitgeführt werden, was den Kühlungsnutzen verstärkt.
Obwohl in 1 nur ein repräsentativer Einspritzer 47 und Einspritzer 48 gezeigt werden, kann jede(s) Brennkammer 180 und Saugrohr 185 ihren/seinen eigenen Einspritzer beinhalten. In alternativen Ausführungsformen kann ein Wassereinspritzsystem Wassereinspritzer beinhalten, die an einer oder mehreren dieser Positionen angeordnet sind. Zum Beispiel kann ein Motor in einer Ausführungsform nur den Wassereinspritzer 46 beinhalten. In einer anderen Ausführungsform kann der Motor jeden von dem Wassereinspritzer 46, den Wassereinspritzern 48 (einen an jedem Saugrohr) und den Wassereinspritzern 47 (einen an jeder Brennkammer) beinhalten. Das Wasser kann den Wassereinspritzern 45–48 durch das Wassereinspritzsystem 60 zugeführt werden, wie weiter unten beschrieben.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 136 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen. Auslegungen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen, können ermöglichen, dass Abwasser aus unterschiedlichen Brennkammern zu unterschiedlichen Stellen in dem Motorsystem gelenkt wird. Der Darstellung nach ist eine Breitbandlambda(UEGO)-Sonde 126 mit dem Abgaskrümmer 136 verbunden, welcher der Turbine 16 vorgelagert ist. Alternativ kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden.
Wie in 1 gezeigt, wird Abgas aus einem oder mehreren Abgaskrümmerabschnitten zu der Turbine 16 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein reduziertes Turbinendrehmoment gewünscht ist, kann etwas Abgas stattdessen durch das Wastegate (nicht gezeigt) geleitet werden und damit die Turbine umgehen. Der kombinierte Strom aus der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Emissionssteuervorrichtung 70. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 70 einen oder mehrere Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung beinhalten, die dazu ausgelegt sind, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge von einer oder mehreren Substanzen im Abgasstrom zu reduzieren.
Das behandelte Abgas aus der Emissionsregulationsvorrichtung 70 kann ganz oder teilweise über das Abgasrohr 35 in die Atmosphäre abgegeben werden. Je nach Betriebsbedingungen kann jedoch etwas Abgas stattdessen zu einem Abgasrückführungs(EGR)-Kanal 151, durch den EGR-Kühler 50 und das EGR-Ventil 152, zum Einlass des Verdichters 14 umgelenkt werden. Auf diese Weise ist der Verdichter dazu ausgelegt, Abgas, das einer Turbine 16 nachgelagert abgenommen wird, aufzunehmen. Das EGR-Ventil 152 kann geöffnet werden, um für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung eine kontrollierte Menge an gekühltem Abgas zum Verdichtereinlass aufzunehmen. Auf diese Weise ist das Motorsystem 100 dafür angepasst, eine externe Niedrigdruck-(LP)-EGR bereitzustellen. Die Drehung des Verdichters zusätzlich zu dem relativ langen LP-EGR-Strömungspfad im Motorsystem 100 stellt eine hervorragende Homogenisierung des Abgases in die Ansaugluftladung bereit. Ferner verschafft die Anordnung der EGR-Abnahme- und -Mischpunkte eine effektive Kühlung des Abgases für eine erhöhte verfügbare EGR-Masse und eine gesteigerte Leistung. In anderen Ausführungsformen kann das EGR-System ein Hochdruck-EGR-System mit einem EGR-Durchlass 151 sein, welcher der Turbine 16 vorgelagerte Stellen mit dem Verdichter 14 nachgelagerten Stellen verbindet. In einigen Ausführungsformen kann der MCT-Sensor 23 positioniert sein, um die Verteilerladungstemperatur zu bestimmen und kann durch den EGR-Kanal 151 rückgeführte(s) Luft und Abgas enthalten.
Das Wassereinspritzsystem 60 beinhaltet einen Wasserspeichertank 63, eine Wasserpumpe 62, ein Sammelsystem 72 und einen Wasserfüllkanal 69. In Ausführungsformen, die mehrere Einspritzer umfassen, kann der Wasserdurchlass 61 ein oder mehrere Ventile umfassen, um eine Auswahl zwischen verschiedenen Wassereinspritzern zu treffen. Wie in 1 gezeigt, wird das im Wassertank 63 gespeicherte Wasser zum Beispiel über einen gemeinsamen Wasserdurchlass 61, der sich in Wasserdurchlässe 90, 92, 94 und 96 verzweigt, den Wassereinspritzern 45–48 zugeführt. In der abgebildeten Ausführungsform kann das Wasser aus dem Wasserdurchlass 61 durch eines oder mehrere von dem Ventil 91 und dem Durchlass 90 umgeleitet werden, um das Wasser dem Einspritzer 45 zuzuführen, durch das Ventil 93 und den Durchlass 92, um das Wasser dem Einspritzer 46 zuzuführen, durch das Ventil 95 und den Durchlass 94, um das Wasser dem Einspritzer 48 zuzuführen, und/oder durch das Ventil 97 und den Durchlass 96, um das Wasser dem Einspritzer 47 zuzuführen. Zusätzlich dazu können Ausführungsformen, welche mehrere Einspritzer umfassen, eine Vielzahl von Temperatursensoren 25 in der Nähe von jedem Einspritzer umfassen, um die Motortemperatur an einem oder mehreren Wassereinspritzern zu bestimmen. Die Wasserpumpe 62 kann durch eine Steuerung 12 betrieben werden, um den Wassereinspritzern 45–48 über den Durchlass 61 Wasser bereitzustellen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Wassereinspritzsystem 60 mehrere Wasserpumpen beinhalten. Zum Beispiel kann das Wassereinspritzsystem 60 eine erste Wasserpumpe 62 beinhalten, um Wasser zu einer Untergruppe von Einspritzern (wie etwa den Einspritzern 45 und/oder 46) zu pumpen, und eine zweite Wasserpumpe (nicht abgebildet), um Wasser zu einer anderen Teilgruppe von Einspritzern (wie etwa den Einspritzern 48 und/oder 47) zu pumpen. In diesem Beispiel kann die zweite Wasserpumpe eine Wasserpumpe für höheren Druck sein, und die erste Wasserpumpe kann eine Wasserpumpe für einen relativ geringeren Druck sein. Außerdem kann das Einspritzsystem eine selbst druckaufbauende Kolbenpumpe umfassen, die sowohl das Hochdruckpumpen als auch die Einspritzung vornehmen kann. Zum Beispiel können ein oder mehrere Einspritzer eine selbst druckaufbauende Kolbenpumpe umfassen oder damit verbunden sein.
Der Wasserspeichertank 63 kann einen Wasserstandssensor 65 und einen Wassertemperatursensor 67 enthalten, die Informationen an die Steuerung 12 weiterleiten können. Zum Beispiel erkennt der Wassertemperatursensor 67 bei Frostbedingungen, ob das Wasser in dem Tank 63 gefroren oder zur Einspritzung verfügbar ist. In manchen Ausführungsformen kann ein Motorkühlmittelkanal (nicht abgebildet) mit dem Speichertank 63 wärmegekoppelt sein, um gefrorenes Wasser aufzutauen. Der Stand des im Wassertank 63 gespeicherten Wassers, wie durch den Wasserstandssensor 65 identifiziert, kann dem Fahrzeugführer kommuniziert und/oder zur Anpassung des Motorbetriebs verwendet werden.
Zum Beispiel kann ein Wasserstandsanzeiger oder eine Angabe auf einem Fahrzeugarmaturenbrett (nicht abgebildet) verwendet werden, um den Wasserstand zu kommunizieren. In einem anderen Beispiel kann der Wasserstand in dem Wassertank 63 verwendet werden, um zu bestimmen, ob genügend Wasser zur Einspritzung verfügbar ist, wie weiter unten mit Verweis auf 5 beschrieben. In der abgebildeten Ausführungsform kann der Wasserspeichertank 63 über den Wasserfüllkanal 69 manuell wieder aufgefüllt werden und/oder automatisch durch das Sammelsystem 72 über den Wassertankfüllkanal 76 wieder aufgefüllt werden. Das Sammelsystem 72 kann mit einer oder mehreren Fahrzeugkomponenten 74 verbunden sein, sodass der Wasserspeichertank an Bord des Fahrzeugs mit Kondensat, das aus verschiedenen Motor- oder Fahrzeugsystemen gesammelt wurde, wieder aufgefüllt werden kann. In einem Beispiel kann das Sammelsystem 72 mit einem EGR-System verbunden sein, um aus Abgas kondensiertes Wasser, welches das EGR-System durchläuft, zu sammeln. In einem anderen Beispiel kann das Sammelsystem 72 mit einer Klimaanlage (nicht abgebildet) verbunden sein. Der manuelle Fülldurchlass 69 kann mit einem Filter 68 in Fluidverbindung stehen, der im Wasser enthaltene geringfügige Unreinheiten entfernen kann, die Motorkomponenten möglicherweise beschädigen könnten.
1 zeigt ein weiteres Steuersystem 28. Das Steuersystem 28 kann kommunikativ mit verschiedenen Komponenten des Motorsystems 100 verbunden sein, um die hier beschriebenen Steuerroutinen und Vorgänge durchzuführen. Zum Beispiel kann das Steuersystem 28, wie in 1 gezeigt, eine elektronische digitale Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung 12 kann ein Mikrocomputer sein, darunter eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, Direktzugriffsspeicher, Keep-Alive-Speicher und ein Datenbus. Der Abbildung entsprechend kann die Steuerung 12 Eingaben von einer Vielzahl von Sensoren 30 empfangen, die Benutzereingaben und/oder Sensoren beinhalten können (wie etwa Getriebegangposition, Gaspedaleingabe (z. B. Gaspedalposition), Bremseingabe, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Luftmassenstrom durch den Motor, Ladedruck, Umgebungstemperatur, Umgebungsluftfeuchtigkeit, Ansauglufttemperatur, Ventilatorgeschwindigkeit usw.), Kühlsystemsensoren (wie etwa ECT-Sensor, Ventilatorgeschwindigkeit, Temperatur in der Fahrgastzelle, Umgebungsluftfeuchtigkeit usw.), CAC-Sensoren 18 (wie etwa CAC-Ansauglufttemperatur, ACT-Sensor 125 und -Druck, CAC-Auslasslufttemperatur, MCT-Sensor 23 und -Druck usw.), Klopfsensoren 183 zum Bestimmen der Zündung von Endgasen und/oder der Wasserverteilung auf Zylinder und andere. Ferner kann die Steuerung 12 mit verschiedenen Aktoren 32 kommunizieren, die Motoraktoren (wie etwa Kraftstoffeinspritzungen, eine elektronisch gesteuert Ansaugluft-Drosselklappe, Zündkerzen, Wassereinspritzungen usw.) beinhalten. In manchen Beispielen kann das Speichermedium mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, welche durch den Prozessor durchführbar sind, um die weiter unten beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die erwartet werden, aber nicht spezifisch aufgeführt werden, durchzuführen.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel kann das Einspritzen von Wasser in den Motor ein Einstellen eines Aktors des Einspritzers 45, des Einspritzers 46, des Einspritzers 47 und/oder des Einspritzers 48 zum Einspritzen von Wasser beinhalten, und das Einstellen der Wassereinspritzung kann ein Einstellen einer Wassermenge, die über den Einspritzer eingespritzt wird, oder eines Zeitpunkts dessen beinhalten. In einem anderen Beispiel kann die Zündzeitpunkteinstellung auf Grund von Wassereinspritzschätzungen (wie weiter unten beschrieben) ein Einstellen eines Aktoren einer Zündkerze 184 beinhalten.
Die 2–4 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Motors und von beispielhaften Anordnungen von Wassereinspritzern im Inneren des Motors. Die in den 2–4 gezeigten Motoren 200, 300, 400 können ähnliche Elemente wie der in 1 gezeigte Motor 10 aufweisen und in einem Motorsystem wie etwa dem in 1 gezeigten Motorsystem 100 enthalten sein. Daher werden der Kürze halber Komponenten in den 2–4, die jenen aus 1 ähnlich sind, nachfolgend nicht erneut beschrieben.
Eine erste Ausführungsform einer Wassereinspritzeranordnung für einen Motor 200 ist in 2 abgebildet, in welcher Wassereinspritzer 233 und 234 der Stelle nachgelagert sind, an der sich ein Einlasskanal 221 auf verschiedene Zylindergruppen verzweigt. Konkret ist der Motor 200 ein V-Motor mit einer ersten Zylinderbank 261, die eine erste Zylindergruppe 281 umfasst, und einer zweiten Zylinderbank 260, die eine zweite Zylindergruppe 280 umfasst. Der Einlasskanal verzweigt sich von einem gemeinsamen Ansaugkrümmer 222 in einen ersten Verteiler 245, der mit Ansaugrohren 265 der ersten Zylindergruppe 281 verbunden ist, und in einen zweiten Verteiler 246, welcher mit Ansaugrohren 264 der zweiten Zylindergruppe 280 verbunden ist. Somit ist der Ansaugkrümmer 222 allen Zylindern 281 und Zylindern 280 vorgelagert. Ferner ist ein Drosselventil 220 mit dem Ansaugkrümmer 222 verbunden. Sensoren für die Verteilerladungstemperatur (MCT) 224 und 225 können dem Verzweigungspunkt in dem ersten Verteiler 245 bzw. zweiten Verteiler 246 nachgelagert einbezogen werden, um die Temperatur der Ansaugluft an deren jeweiligen Verteilern zu messen. Zum Beispiel, wie in den 2 gezeigt, ist der MCT-Sensor 224 in dem ersten Verteiler 245, in der Nähe des Wassereinspritzers 233 angeordnet, und der MCT-Sensor 225 ist in dem zweiten Verteiler 246, in der Nähe des Wassereinspritzers 234 angeordnet.
Jeder der Zylinder 281 und Zylinder 280 umfasst einen Kraftstoffeinspritzer 279 (der Darstellung in 2 nach mit einem repräsentativen Zylinder verbunden). Jeder der Zylinder 281 und der Zylinder 280 kann ferner einen Klopfsensor 283 zum Identifizieren anomaler Verbrennungsereignisse enthalten. Zusätzlich, wie weiter unten beschrieben, kann das Vergleichen von Ausgaben jedes Klopfsensors in einer Zylindergruppe eine Bestimmung einer Fehlverteilung von Wasser zwischen den Zylindern eben dieser Zylindergruppe ermöglichen. Zum Beispiel kann es das Vergleichen der Ausgaben von Klopfsensoren 283, die mit jedem der Zylinder 281 verbunden sind, ermöglichen, dass eine Steuerung des Motors bestimmt, wie viel Wasser von dem Einspritzer 233 von jedem der Zylinder 281 erhalten wurde. Aufgrund dessen, dass die Saugrohre 265 mit verschiedenen Längen zu dem Einspritzer 233 und verschiedenen Bedingungen jedes Saugrohrs (z. B. Luftstromniveaus und -druck) angeordnet sind, kann es sein, dass das Wasser nach einer Einspritzung aus dem Einspritzer 233 nicht gleichmäßig auf jeden der Zylinder 281 verteilt wird.
Das Wasser kann den Wassereinspritzern 233 und 234 anhand eines Wassereinspritzsystems (nicht abgebildet) zugeführt werden, das dem weiter oben mit Verweis auf 1 beschriebenen Wassereinspritzsystem 60 ähnelt. Außerdem kann eine Steuerung, wie etwa die Steuerung 12 aus 1, die Einspritzung von Wasser in die Einspritzer 233 und 234 einzeln steuern, und zwar auf Grund der Betriebsbedingungen der einzelnen Verteiler, mit denen die Einspritzer verbunden sind. So kann der MCT-Sensor 224 in manchen Beispielen auch einen Druck- und/oder Luftstromsensor zum Schätzen einer Luftstromrate (oder -menge) des Luftstroms an dem ersten Verteiler 245 und eines Drucks in dem ersten Verteiler 245 umfassen. Gleichermaßen kann der MCT-Sensor 225 auch einen Druck- und/oder Luftstromsensor zum Schätzen einer Luftstromrate und/oder des Drucks an dem zweiten Verteiler 246 umfassen. Auf diese Weise kann jeder Einspritzer 233 und 234 derart betätigt werden, dass er auf Grund von Bedingungen des Verteilers und/oder der Zylindergruppe, mit welcher der Einspritzer verbunden ist, eine andere Wassermenge einzuspritzen. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Wassereinspritzmenge wird weiter unten mit Verweis auf 7 erläutert.
In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Wassereinspritzeranordnung für einen Motor 300 gezeigt. Der Motor 300 ist ein Reihenmotor, in dem sich ein gemeinsamer Ansaugkrümmer 322, der einem Drosselventil 320 eines gemeinsamen Ansaugkanals nachgelagert verbunden ist, in einen ersten Verteiler 345 einer ersten Zylindergruppe mit den Zylindern 380 und 381 und einen zweiten Verteiler 346 einer zweiten Zylindergruppe mit den Zylindern 390 und 391 verzweigt. Der erste Verteiler 345 ist mit Saugrohren 365 eines ersten Zylinders 380 und dritten Zylinders 381 verbunden. Der zweite Verteiler 346 ist mit Saugrohren 364 eines zweiten Zylinders 390 und vierten Zylinders 391 verbunden. Ein erster Wassereinspritzer 333 ist in dem ersten Verteiler 345, den Zylindern 380 und 381 vorgelagert, verbunden. Ein zweiter Wassereinspritzer 334 ist in dem ersten Verteiler 346, dem Zylinder 390 und 391 vorgelagert, verbunden. Damit sind die Wassereinspritzer 333 und 334 dem Abzweigungspunkt von dem Ansaugkrümmer 322 nachgelagert. Sensoren für die Verteilerladungstemperatur (MCT) 324 und 325 können in dem ersten Verteiler 345 und zweiten Verteiler 346, in der Nähe des ersten Wassereinspritzers 333 bzw. zweiten Wassereinspritzers 334 enthalten sein.
Jeder der Zylinder umfasst einen Kraftstoffeinspritzer 379 (ein repräsentativer Kraftstoffeinspritzer ist in 2 abgebildet). Jeder Zylinder kann ferner einen Klopfsensor 383 zum Identifizieren anomaler Verbrennungsereignisse und/oder einer Wasserverteilung auf die Zylinder in einer Zylindergruppe umfassen. Die Wassereinspritzer 333 und 334 können mit einem Wassereinspritzsystem (nicht abgebildet) verbunden sein, das dem in 1 beschriebenen Wassereinspritzsystem 60 ähnelt.
Auf diese Weise zeigen 2 und 3 Beispiele für einen Motor, in dem mehrere Wassereinspritzer verwendet werden, um Wasser in verschiedene Gruppen von Zylindern des Motors einzuspritzen. Zum Beispiel kann ein erster Wassereinspritzer Wasser stromaufwärts von einer ersten Zylindergruppe einspritzen, und ein zweiter Wassereinspritzer kann Wasser stromaufwärts von einer anderen, zweiten Zylindergruppe einspritzen. Wie weiter unten erläutert, können verschiedene Wassereinspritzparameter (wie etwa die Menge, der Zeitpunkt und die Impulsrate der Wassereinspritzung usw.) auf Grund von Betriebsbedingungen der Zylindergruppe, welcher der Einspritzer vorgelagert ist (wie etwa der Luftstrommenge, des Drucks, der Zündreihenfolge usw.), ausgewählt werden.
Eine dritte Ausführungsform einer Wassereinspritzeranordnung für einen Motor 400 ist in 4 abgebildet. So wie in den vorhergehenden Ausführungsformen ist der Ansaugkrümmer 422 in 4 dazu ausgelegt, Ansaugluft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht abgebildet) und Saugrohren 465 einer Vielzahl von Zylindern 480 zuzuführen. Jeder der Zylinder 480 umfasst einen damit verbundenen Kraftstoffeinspritzer 479. Jeder Zylinder 480 kann ferner einen Klopfsensor 483 zum Identifizieren anomaler Verbrennungsereignisse und/oder zur Bestimmung der Verteilung des Wassers, das stromaufwärts der Zylinder eingespritzt wird, umfassen. In der abgebildeten Ausführungsform sind die Wassereinspritzer 433 direkt mit den Zylindern 480 verbunden und somit dazu ausgelegt, das Wasser direkt in die Zylinder einzuspritzen. Wie in 4 gezeigt, ist mit jedem Zylinder 480 ein Wassereinspritzer 433 verbunden. In einer anderen Ausführungsform können die Wassereinspritzer zusätzlich oder alternativ dazu den Zylindern 480 in den Saugrohren 465 vorgelagert und nicht mit jedem Zylinder verbunden sein. Das Wasser kann den Wassereinspritzern 433 anhand eines Wassereinspritzsystems (nicht abgebildet) zugeführt werden, das dem in 1 beschriebenen Wassereinspritzsystem 60 ähnelt.
Auf diese Weise präsentieren die Systeme nach den 1–4 beispielhafte Systeme, die verwendet werden können, um Wasser in eine oder mehrere Stellen in einem Motoreinlass oder Zylinder eines Motors einzuspritzen. Wie weiter oben erwähnt, kann die Wassereinspritzung verwendet werden, um eine Temperatur der Ansaugluft zu senken, die in Motorzylinder eintritt, und dadurch das Klopfen zu reduzieren und den Liefergrad des Motors zu steigern. Das Einspritzen von Wasser kann auch dazu verwendet werden, die Verwässerung im Motor zu verstärken und dadurch Motorpumpverluste zu verringern. Wie weiter oben erläutert, kann Wasser an verschiedenen Stellen in den Motor eingespritzt werden, einschließlich des Ansaugkrümmers (stromaufwärts aller Motorzylinder), der Verteiler von Zylindergruppen (stromaufwärts einer Zylindergruppe wie in einem V-Motor), Saugrohre oder Ansaugkanäle von Motorzylindern oder direkt in Motorzylinder. Während die Direkt- und Saugrohreinspritzung den Motorzylindern und Ansaugkanälen eine verstärkte Kühlung bereitstellen kann, kann die Ansaugkrümmereinspritzung die Kühlung der Ladeluft verstärken, ohne dass Hochdruckeinspritzer und Pumpen notwendig wären (wie etwa jene, die für eine Saugrohr- oder Zylinderdirekteinspritzung eventuell notwendig sind). Aufgrund der niedrigen Temperatur des Ansaugkrümmers (da dieser weiter weg von den Zylindern gelegen ist) kann es allerdings sein, dass nicht das gesamte Wasser, das an dem Ansaugkrümmer eingespritzt wurde, richtig zerstäubt (z. B. verdampft). In manchen Beispielen, wie in 1 gezeigt, können Motoren Einspritzer an mehreren Stellen in dem Motoreinlass oder Motorzylindern beinhalten. Unter verschiedenen Motorlast- und/oder -drehzahlbedingungen kann es vorteilhaft sein, das Wasser an einer Stelle statt an einer anderen einzuspritzen, um eine verstärkte Ladeluftkühlung (Ansaugkrümmer) oder Verwässerung (Zylinderansaugkanäle/-saugrohre) zu erreichen. Auf diese Weise kann das Auswählen einer Stelle für die Wassereinspritzung auf Grund von Motorbetriebsbedingungen (wie anhand der in 5–6 präsentierten Verfahren gezeigt und weiter unten beschrieben) die weiter oben beschriebenen Nutzen der Wassereinspritzung steigern und dadurch die Motoreffizienz und Kraftstoffeffizienz steigern und Emissionen reduzieren.
In manchen Fällen kann es sein, dass nach dem Einspritzen von Wasser ein erster Anteil des eingespritzten Wassers verdampft und der übrige, zweite Teil kondensiert (oder im Ansaugkrümmers oder an der Einspritzerstelle flüssig bleibt). Kondensiertes Wasser von der Wassereinspritzung kann sich im Inneren des Ansaugkrümmers sammeln und zu einer instabilen Verbrennung führen, wenn es vom Motor aufgenommen wird. Außerdem kann das Verhältnis von verdampftem zu kondensiertem Wasser den bereitgestellten Umfang der Ladeluftkühlung verändern. Wie weiter unten mit Verweis auf 7–8 erläutert, können weiterführende Wassereinspritzparameter (z. B. Mengen und/oder Zeitpunkte der Einspritzung) und/oder Motorbetriebsbedingungen (wie etwa Luftstrommenge/-rate zu dem Motor und Zündzeitpunkt) daher als Reaktion auf eine Schätzung der verdampften und kondensierten Anteile des eingespritzten Wassers eingestellt werden. Zum Beispiel lassen sich mit Einstellungen der Motorbetriebsparameter erhöhte Mengen des eingespritzten Wassers, die flüssig bleiben anstatt zu verdampfen, kompensieren.
Zusätzlich dazu, wie weiter oben erwähnt, kann ein Motor mehrere Wassereinspritzer beinhalten, wobei jeder Wassereinspritzer Wasser stromaufwärts von einer jeweils anderen Zylindergruppe einspritzt. Auf diese Weise lassen sich Wassereinspritzparameter auf Grund von Bedingungen der Zylindergruppe, mit welcher der Einspritzer verbunden ist (z. B. des Luftstroms zu der Zylindergruppe, des Drucks stromaufwärts von der Zylindergruppe usw.) für jeden Einspritzer einzeln bestimmen. Ferner kann die Wassereinspritzung in die Sammelleitung stromaufwärts von einer Gruppe von Zylindern (z. B. von zwei oder mehr Zylindern) aufgrund von Unterschieden bezüglich der Architektur oder Bedingungen (z. B. Druck, Temperatur, Luftstrom usw.) der einzelnen Zylinder in der Gruppe zu einer ungleichmäßigen Wasserverteilung auf die Zylinder der Gruppe führen. Infolgedessen wird den Motorzylindern eventuell eine ungleichmäßige Kühlung bereitgestellt. In manchen Beispielen, wie weiter unten mit Verweis auf 8 beschrieben, kann eine Fehlverteilung von Wasser, das stromaufwärts von einer Zylindergruppe eingespritzt wird, als Reaktion auf einen Vergleich von Ausgängen von Klopfsensoren erkannt und kompensiert werden, die mit jedem Zylinder der Gruppe verbunden sind.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Einspritzen von Wasser in einen Motor dargestellt. Das Einspritzen von Wasser kann ein Einspritzen von Wasser über einen oder mehrere Wassereinspritzer eines Wassereinspritzsystems beinhalten, wie etwa des in 1 gezeigten Wassereinspritzsystems 60. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung (wie etwa die in 1 gezeigte Steuerung 12) auf Grund von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den weiter oben mit Verweis auf 1, 2, 3 oder 4 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb einzustellen. In einem Beispiel kann Wasser über einen oder mehrere Wassereinspritzer unter Verwendung eines Wassereinspritzsystems (wie etwa des in 1 gezeigten Wassereinspritzsystems 60) eingespritzt werden.
Das Verfahren 500 beginnt bei 502 mit dem Schätzen und/oder Messen der Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können den Druck im Ansaugkrümmer (MAP), das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F), den Zündzeitpunkt, die Menge oder den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, eine Abgasrückführungs-(EGR)-Rate, den Luftmassenstrom (MAF), die Verteilerladungstemperatur (MCT), Motordrehzahl und/oder -last usw. beinhalten. Als Nächstes, bei 504, beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob eine Wassereinspritzung angefordert wurde. In einem Beispiel kann die Wassereinspritzung als Reaktion darauf, dass eine Verteilertemperatur einen Schwellenwert überschreitet, angefordert werden. Zusätzlich kann die Wassereinspritzung angefordert werden, wenn eine Schwellendrehzahl oder -last des Motors erreicht wurde. In einem weiteren Beispiel kann die Wassereinspritzung auf Grund eines Maßes an Motorklopfen, das einen Schwellenwert überschreitet, angefordert werden. Ferner kann die Wassereinspritzung als Reaktion auf eine Abgastemperatur, die sich über einer Schwellentemperatur befindet, angefordert werden, wobei die Schwellentemperatur eine Temperatur ist, über der eine Verschlechterung der den Zylindern nachgelagerten Motorkomponenten auftreten kann. Zusätzlich kann Wasser eingespritzt werden, wenn die abgeleitete Octanzahl des verwendeten Kraftstoffs einen Schwellenwert unterschreitet.
Wurde keine Wassereinspritzung angefordert, so fährt der Motorbetrieb bei 506 fort, ohne Wasser einzuspritzen. Wenn eine Wassereinspritzung angefordert wurde, fährt das Verfahren alternativ bei 508 fort, um die Verfügbarkeit von Wasser zur Einspritzung zu schätzen und/oder zu messen. Die Verfügbarkeit von Wasser zur Einspritzung kann auf Grund der Ausgabe einer Vielzahl von Sensoren, wie etwa eines Wasserstandssensors und/oder eines Wassertemperatursensors, die in einem Wasserspeichertank eines Wassereinspritzsystems des Motors (wie etwa der in den 1 gezeigte Wasserstandssensor 65 und Wassertemperatursensor 67) angeordnet sind, bestimmt werden. Zum Beispiel kann es sein, dass Wasser im Wasserspeichertank unter Frostbedingungen (z. B. wenn die Wassertemperatur im Tank einen Schwellenwert unterschreitet, wobei sich der Schwellenwert bei oder nahe einer Gefriertemperatur befindet) nicht zur Einspritzung zur Verfügung steht. In einem anderen Beispiel kann der Wasserstand im Wasserspeichertank einen Schwellenwert unterschreiten, wobei der Schwellenstand auf einer Wassermenge, die für ein Einspritzereignis oder einen Zeitraum von Einspritzzyklen erforderlich ist, beruhen kann. Als Reaktion darauf, dass der Wasserstand des Wasserspeichertanks den Schwellenwert unterschreitet, kann ein Nachfüllen des Tanks angezeigt werden. Wenn kein Wasser zur Einspritzung verfügbar ist, fährt das Verfahren bei 512 fort, um Motorbetriebsparameter einzustellen, ohne Wasser einzuspritzen. Wenn zum Beispiel eine Wassereinspritzung zur Reduktion von Klopfen angefordert wurde, dann können die Einstellungen des Motorbetriebs ein Anreichern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, ein Verkleinern des Maßes der Drosselöffnung zum Abschwächen des Drucks in Sammelleitungen, ein Verzögern des Zündzeitpunkts usw. beinhalten. Steht jedoch Wasser zur Einspritzung zur Verfügung, so fährt das Verfahren bei 514 fort, um zu bestimmen, ob der Motor mehrere Einspritzerstellen umfasst. Mehrere Einspritzerstellen können Wassereinspritzer umfassen, die an einer oder mehr als einer Art von Stellen in einem Motor angeordnet sind. Zum Beispiel kann ein Motor zwei Arten von Wassereinspritzern beinhalten: einen Ansaugkrümmerwassereinspritzer und Saugrohrwassereinspritzer in den Ansaugkanälen/Saugrohren jedes Zylinders. Wenn der Motor nicht mehrere Wassereinspritzerstellen aufweist, so fährt das Verfahren bei 518 fort, Wasser über einen oder mehrere Wassereinspritzer einzuspritzen. Zum Beispiel kann das Verfahren bei 518 ein Einspritzen von Wasser über den Einzeltypus von Wassereinspritzern des Motors beinhalten (z. B. über einen einzelnen Ansaugkrümmerwassereinspritzer, Verteilerwassereinspritzer eines Verteilers für jede Zylindergruppe, Saugrohrwassereinspritzer oder Zylinderdirektwassereinspritzer). Zusätzlich werden bei 518 weiterführende Wassereinspritz- und Motorbetriebsbedingungen als Reaktion auf die geschätzte Menge des eingespritzten Wassers, das kondensiert ist, eingestellt, wie weiter unten mit Verweis auf 7 beschrieben. Sind in dem Motor jedoch mehrere Einspritzertypen vorhanden, so fährt das Verfahren zunächst bei 516 fort, um den Typ der Wassereinspritzer für die Wassereinspritzung auszuwählen, wie weiter unten mit Verweis auf 6 erläutert, bevor es zu 518 übergeht, um Wasser einzuspritzen und den Motorbetrieb einzustellen.
6 bildet ein Verfahren 600 zum Auswählen einer Stelle zur Wassereinspritzung auf Grund von Motorbetriebsparametern ab. Wie weiter oben erläutert, kann ein Motor Wassereinspritzer beinhalten, die in einer oder mehreren Stellen angeordnet sind, darunter: einem Ansaugkanal (entweder stromaufwärts oder stromabwärts einer Ansaugdrossel), einem Ansaugkanal jedes Motorzylinders, und/oder in jedem Zylinder. Das Verfahren 600 kann durch eine Steuerung eines Motors ausgeführt werden, der Wassereinspritzer in jedem von dem Ansaugkrümmer, den Zylinderansaugkanälen (z. B. Saugrohren) und den Zylindern selbst (z. B. in den Brennkammern) beinhaltet. 1 zeigt einen beispielhaften Motor, der eine solche Kombination aus Einspritzerstellen aufweist. Das Verfahren 600 kann von dem Verfahren bei 516 des Verfahrens 500 fortfahren.
Das Verfahren 600 setzt bei 602 ein, indem es bestimmt, ob die Motordrehzahl und/oder -last über einem Schwellenwert liegt. In einem Beispiel kann der Schwellenwert auf eine relativ hohe Last und/oder Motordrehzahl hinweisen, bei welcher ein Motorklopfen mit höherer Wahrscheinlichkeit auftritt. Wenn die Motordrehzahl und/oder -last über dem jeweiligen Schwellenwert liegt, so fährt das Verfahren bei 604 fort, wo der/die Ansaugkrümmereinspritzer zur Wassereinspritzung ausgewählt werden. In einem Beispiel kann der Motor einen einzelnen Ansaugkrümmer und damit einen einzelnen Ansaugkrümmereinspritzer beinhalten (wie etwa den in 1 gezeigten Einspritzer 45 oder 46). In einem anderen Beispiel kann der Motor mehrere Sammelleitungen beinhalten, die jeweils verschiedenen Zylindergruppen vorgelagert sind, und somit mehrere Verteilerwassereinspritzer beinhalten (wie etwa die in 2 gezeigten Einspritzer 233 und 234 oder die in 3 gezeigten Einspritzer 333 und 334). Daraufhin, bei 606, beinhaltet das Verfahren ein Evaluieren, ob ein oberer Schwellenwert für die Verteilereinspritzung erreicht wurde. In einem Beispiel kann der obere Schwellenwert für die Verteilereinspritzung eine Maximalmenge an Wasser beinhalten, das bezüglich der aktuellen Motorbetriebsbedingungen (z. B. aktuelle(r) Feuchtigkeit, Druck, Temperatur) bei dem Verteiler eingespritzt werden kann. Zum Beispiel kann nur eine gewisse Menge an Wasser in der Lage sein, zu verdampfen und in dem Luftstrom in dem Ansaugkrümmer mitgeführt zu werden. Daher kann es sein, dass zusätzliches Wasser, das oberhalb dieses oberen Schwellenwerts eingespritzt wird, keinen Zusatznutzen verschafft (wie z. B. eine zusätzliche Ladeluftkühlung). Wenn die Verteilereinspritzung bei oder über dem oberen Schwellenwert liegt, werden bei 610 zusätzlich Direkteinspritzer (die dazu angepasst sind, Wasser direkt in Motorzylinder einzuspritzen) ausgewählt und Wasser wird bei 612 eingespritzt, und zwar sowohl unter Verwendung des/der Sammelleitungseinspritzer(s) und der Zylinderdirekteinspritzer. Wenn die Verteilereinspritzung nicht bei dem oberen Schwellenwert liegt, dann wird das Wasser bei 612 unter Verwendung des/der Verteilereinspritzer(s) allein eingespritzt. Wenn, zurück zu 602, die Motordrehzahl und/oder -last unter dem Schwellenwert liegt, so werden bei 608 die Saugrohrwassereinspritzer ausgewählt und das Wasser wird bei 612 in die Ansaugkanäle der Zylinder eingespritzt. Bei 612 kann das Verfahren auf 518 des Verfahrens 500 zurückspringen, um Wasser einzuspritzen und anschließend den Motorbetrieb auf Grund von Schätzungen der verdampften und kondensierten Anteile des eingespritzten Wassers einstellen, wie bei 7 gezeigt.
7 stellt ein Verfahren 700 zum Schätzen der Menge an Wasser dar, das nach der Wassereinspritzung verdampft oder kondensiert ist. Das Verfahren 700 fährt ab dem Verfahren bei 518 aus 5 fort und kann ein Teil davon sein. Beachtenswert ist, dass das Verfahren 700 für jeden Einspritzer, der Wasser einspritzt (z. B. jeden Verteiler-, Saugrohr- oder Direkteinspritzer), wiederholt werden kann. Auf diese Weise kann die geschätzte Menge an Wasser, das nach der Wassereinspritzung an jedem Einspritzer verdampft und kondensiert ist, für jeden einzelnen Einspritzer bestimmt werden.
Das Verfahren 700 beginnt bei 702, indem es die Wassermenge bestimmt, die infolge einer Wassereinspritzanforderung an den ausgewählten Wassereinspritzern einzuspritzen ist. Die Wassermenge zur Einspritzung kann auf einer Rückkopplung von einer Vielzahl von Sensoren beruhen, die Informationen über verschiedene Motorbetriebsparameter bereitstellen. Diese Parameter können die Motordrehzahl und -last, den Zündzeitpunkt, Umgebungsbedingungen (z. B. die Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit), eine Kraftstoffeinspritzmenge und/oder den Klopfverlauf (auf Grund der Ausgabe von Klopfsensoren, die mit oder nahe den Motorzylinder verbunden sind) beinhalten. In einem Beispiel kann die Wassereinspritzmenge zunehmen, wenn die Motorlast zunimmt. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren bei 702 ein Messen einer Verteilerladungstemperatur eines Ansaugkrümmers (z. B. Überwachen einer Ausgabe eines MCT-Sensors wie etwa des in 1 gezeigten MCT 23). Wenn sich die Wassereinspritzer nicht in dem Ansaugkrümmer befinden, so kann das Verfahren 702 in einem anderen Beispiel ein Messen der Luftladungstemperatur in der Nähe des ausgewählten Wassereinspritzers beinhalten (wie etwa der Sensor 324 nahe dem Einspritzer 333 in 3 oder der Sensor 25 nahe dem Einspritzer 48 in 1). In einem weiteren Beispiel kann die Temperatur der Ladungsluft in der Nähe der Wassereinspritzer (wie etwa von Direkteinspritzern an den Motorzylindern) auf Grund von einer oder mehreren Motorbetriebsbedingungen (wie etwa gemessenen Ansaug- und Ablufttemperaturen, der Motorlast, einem Klopfstärkesignal usw.) geschätzt werden.
Bei 704 wird Wasser an ausgewählten Einspritzern eingespritzt, wie weiter oben mit Verweis auf das in 6 gezeigte Verfahren 600 beschrieben. Nach der Wassereinspritzung beinhaltet das Verfahren bei 706 ein erneutes Messen der Verteilerladungstemperatur nach einem gewissen Zeitabstand. In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren bei 706 zusätzlich oder alternativ ein Messen oder Schätzen der Temperatur in der Nähe des ausgewählten Einspritzers nach dem Wassereinspritzereignis bei 704 beinhalten. Der Zeitabstand zwischen einem Wassereinspritzereignis und dem Messen der Verteilerladungstemperatur kann auf einer Zeitspanne beruhen, welche die eingespritzte Wassermenge zum Verdampfen und/oder Kondensieren benötigt. Daher kann dieser Zeitraum in Relation zu der eingespritzten Wassermenge eingestellt werden. In einem Beispiel kann der Zeitabstand zunehmen, während die an dem Einspritzer eingespritzte Wassermenge zunimmt. In einem anderen Beispiel kann der Zeitabstand auf Grund der gemessenen oder geschätzten Verteilerladungstemperatur eingestellt werden. Auf Grund der Änderung der Verteilerladungstemperatur, die, bei 702, vor der Wassereinspritzung und, bei 706, danach gemessen wurde, kann bei 708 die Menge des eingespritzten Wassers, die verdampft ist, geschätzt werden. Anders formuliert, kann ein verdampfter Anteil des eingespritzten Wassers bei 708 auf Grund der Änderung der Ladelufttemperatur in dem Verteiler (oder einer anderen Stelle des Einspritzers) von vor zu nach dem Wassereinspritzereignis bestimmt werden.
Daraufhin, bei 710, beinhaltet das Verfahren ein Schätzen der Menge (z. B. des Anteils) des eingespritzten Wassers, das kondensiert (z. B. flüssig geblieben) ist, und zwar auf Grund der Wassermenge, die über den ausgewählten Einspritzer eingespritzt wurde, und der geschätzten Wassermenge, die verdampft ist, wie bei 708 bestimmt. Zum Beispiel kann die Wassermenge des eingespritzten Wassers, die kondensiert ist, ein übriger Anteil des Wassers aus dem verdampften Anteil sein. Anschließend, bei 712, beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob der verdampfte Wasseranteil über einem Schwellenwert liegt. Der verdampfte Schwellenanteil kann ein Nicht-Null-Wert sein und auch unter 100% des eingespritzten Wassers liegen. In einem Beispiel kann der Schwellenwert bei 90% der eingespritzten Wassermenge liegen. In anderen Beispielen kann der Schwellenwert jedoch bei 100% oder einem Wert zwischen 60 und 100% liegen. Wenn der verdampfte Teil nach der Wassereinspritzung über dem Schwellenwert liegt, dann beinhaltet das Verfahren bei 716 ein Fortsetzen des Motorbetriebs bei den aktuellen Betriebsparametern. Zum Beispiel kann das Verfahren bei 716 ein Fortsetzen der Einspritzung der zuvor eingespritzten Wassermenge an dem/den ausgewählten Einspritzer(n) ohne Einstellen der Wassermenge für die Einspritzung beinhalten.
Liegt der verdampfte Anteil jedoch nicht über dem Schwellenwert, so kann das Verfahren bei 714 ein Einstellen der Motorbetriebsparameter auf Grund des verdampften und/oder kondensierten Anteils beinhalten. In einem Beispiel kann der Motorbetrieb, wenn der Motor mehrere Zylindergruppen beinhaltet, wobei ein Einspritzer mit jeder Gruppe verbunden und dieser vorgelagert ist, auch auf Grund des verdampften und kondensierten Anteils anderer Gruppen sowie einer bestimmten Verteilung eingespritzten Wassers auf die Zylinder in einer Gruppe eingestellt werden, wie weiter unten mit Verweis auf 8 beschrieben. In einem Beispiel, bei 713, kann das Verfahren ein Einstellen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter auf Grund des bestimmten kondensierten Anteils eingespritzten Wassers beinhalten. Zum Beispiel kann das Einstellen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter bei 713 ein Einstellen des Zündzeitpunkts zum Kompensieren des kondensierten Anteils des eingespritzten Wassers beinhalten. Das Einstellen des Zündzeitpunkts kann zum Beispiel ein Erhöhen eines Frühzündungsumfangs beinhalten, wobei der Frühzündungsumfang mit abnehmendem kondensiertem Anteil (oder zunehmendem verdampftem Anteil) zunimmt. In einem anderen Beispiel kann das Verfahren bei 713 ein Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge auf Grund des bestimmten verdampften und/oder kondensierten Anteils bestimmen. In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren bei 713 ein Einstellen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter beinhalten, um den Luftstrom zu den Motorzylindern zu verstärken, um den kondensierten Anteil des eingespritzten Wassers aus dem Ansaugkrümmer (oder den Saugrohren, wenn der ausgewählte Einspritzer dort angeordnet ist) abzuführen. Das Einstellen einer oder mehrerer Motorbetriebsparameter zum Verstärken des Luftstroms zu den Motorzylindern kann ein Vergrößern einer Öffnung eines Drosselventils und/oder ein Einstellen eines Getriebegangs zum Erhöhen der Motordrehzahl beinhalten. Das Maß der Luftstromverstärkung bei 713 kann auf dem bestimmten kondensierten Anteil beruhen (z. B. kann das Maß der Luftstromverstärkung weiter zunehmen, wenn der kondensierte Anteil steigt). In manchen Beispielen kann das Abführen des kondensierten Anteils auf diese Weise nur dann fortgesetzt werden, wenn der Motor in der Lage ist, mit dem Wasser umzugehen (z. B. im Verlauf von Bedingungen einer Kraftstoffabschaltung beim Abbremsen). In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren bei 714 gleichzeitig zu dem Verstärken des Luftstroms zum Abführen des kondensierten Teils ein Vorziehen der Zündung beinhalten. In einem Beispiel, bei 715, beinhaltet das Verfahren ein Einstellen der Wassermenge und/oder des Zeitpunkts, die/der durch den/die ausgewählten Wassereinspritzer für nachfolgende Einspritzungen geliefert wird, auf Grund des verdampften Anteils. Zum Beispiel kann das Verfahren bei 715 ein Verringern der Wassermenge für die nächste Einspritzung als Reaktion auf eine erhöhte Menge vorliegenden Kondensats beinhalten (z. B., wenn der kondensierte Anteil steigt und der verdampfte Anteil zurückgeht). Das Einstellen der Wassereinspritzung bei 715 kann je nachdem variieren, welche Einspritzer in einer Ausführungsform vorhanden sind, sowie welche Einspritzer zur Wassereinspritzung ausgewählt wurden. Wenn zum Beispiel mehrere Einspritzer vorhanden sind, wobei ein einzelner Wassereinspritzer mit jedem oder jedem Zylinder vorgelagert verbunden ist, dann kann die Wassereinspritzmenge für jeden Wassereinspritzer eingestellt werden. In einer anderen Ausführungsform, in welcher ein oder mehrere Einspritzer mehreren Zylindern oder einer Zylindergruppe vorgelagert sind, kann der Einspritzzeitpunkt des ausgewählten Wassereinspritzers mit dem Zeitpunkt der Einlassventilöffnung dieses Zylinders synchronisiert werden, um die Wassereinspritzung in bestimmte Zylinder einzustellen, wie weiter unten mit Verweis auf 8 beschrieben.
In 8 wird ein Verfahren 800 zum Einspritzen von Wasser an verschiedenen Zylindergruppen eines Motors und Einstellen von Wassereinspritzparametern auf Grund einer Verteilung des Wassers, das stromaufwärts von einer Zylindergruppe eingespritzt wird, gezeigt. In einer Ausführungsform kann ein Motor mehrere Zylindergruppen beinhalten, wobei ein Einspritzer mit jeder Gruppe verbunden und dieser vorgelagert ist (wie etwa bei dem in 2 gezeigten Motor 200 und dem in 3 gezeigten Motor 300). Wie weiter oben erwähnt und weiter unten erläutert, kann stromaufwärts einer ersten Zylindergruppe eingespritztes Wasser die Menge des Wassers oder Dampfs beeinflussen, die bei der zweiten Zylindergruppe erhalten wird. Zudem kann aufgrund von Unterschieden in der Architektur der Saugrohre von Zylindern innerhalb einer Zylindergruppe eine Fehlverteilung von Wasser auf die Zylinder einer Gruppe auftreten.
Das Verfahren 800 beginnt bei 801, indem es Einspritzparameter für jeden Einspritzer jeder Zylindergruppe bestimmt. Einspritzparameter können eine Wassermenge und einen Zeitpunkt jedes Einspritzereignisses beinhalten. Zum Beispiel kann das Verfahren bei 801 ein Bestimmen einer ersten Einspritzmenge zum Einspritzen an einem ersten Einspritzer stromaufwärts einer ersten Zylindergruppe und ein Bestimmen einer zweiten Einspritzmenge zum Einspritzen an einem zweiten Einspritzer stromaufwärts einer zweiten Zylindergruppe beinhalten. Die erste und zweite Menge kann auf Grund von Betriebsbedingungen der ersten und zweiten Zylindergruppe einzeln bestimmt werden (z. B. Luftstrommenge oder Luftmassenstrom zu der entsprechenden Zylindergruppe, Druck bei der entsprechenden Zylindergruppe, Temperatur der entsprechenden Zylindergruppe, eine Klopfstärke bei der entsprechenden Zylindergruppe, eine Kraftstoffeinspritzmenge an der entsprechenden Zylindergruppe usw.). In einem Beispiel kann der Einspritzer die Wassermenge als einen Einzelimpuls pro Motorzyklus abgeben (für alle Einlassventilöffnungsereignisse für alle Zylinder der Gruppe). In einem anderen Beispiel kann der Einspritzer die Wassermenge als eine Reihe von Impulsen abgeben, die zeitlich mit der Einlassventilöffnung jedes Zylinders innerhalb der Zylindergruppe abgestimmt ist. In diesem Beispiel kann das Verfahren bei 801 ein Bestimmen der Wassermenge beinhalten, die während jedes Impulses für jeden Zylinder innerhalb der Gruppe abzugeben ist (oder ein Bestimmen einer Wassereinspritzgesamtmenge für alle Zylinder und Teilen durch die Anzahl der Zylinder innerhalb der Gruppe), und ein Bestimmen des Zeitpunktes jedes Impulses auf Grund des Einlassventilöffnungszeitpunkts jedes Zylinders innerhalb der Gruppe. In manchen Ausführungsformen können die anfängliche Menge und der anfängliche Zeitpunkt der Wassereinspritzimpulse auf Grund einer Motorzuordnung der Zylinder bestimmt werden. Zum Beispiel kann jeder Motor eine andere Zylinder- und Saugrohrarchitektur (z. B. -geometrie) aufweisen, die eine Differenz in der Wasserverteilung auf jeden Zylinder einer Gruppe aus ein und demselben Wassereinspritzer ergibt. Zum Beispiel kann sich jeder Zylinder der Zylindergruppe in einem anderen Abstand von dem Wassereinspritzer weg befinden, der mit der Zylindergruppe verbunden ist, und/oder jedes Saugrohr kann eine andere Form oder Wölbung aufweisen, die beeinflusst, wie das eingespritzte Wasser dem entsprechenden Zylinder zugeführt wird. Ferner kann der Winkel des Einspritzers in Relation zu jedem Zylinder innerhalb der Zylindergruppe variieren. Daher kann der anfängliche Zeitpunkt der gepulsten Einspritzung und die Wassermenge, die pro Impuls abgegeben wird (die für verschiedene Zylinder innerhalb der Gruppe unterschiedlich sein kann) auf Grund einer bekannten Architektur des Motors bestimmt werden. Die Impulszeitgebung kann dann während des Motorbetriebs auf Grund von Betriebsbedingungen des Zylinders eingestellt werden, wie weiter unten erläutert.
Das Verfahren setzt bei 802 fort, indem es die verdampften und kondensierten Anteile des von jedem Einspritzer eingespritzten Wassers für jeden Zylinder oder jede Zylindergruppe bestimmt. Dies kann ein Messen der Verteilerladungstemperatur vor und nach einem Einspritzereignis, wie zuvor bezüglich des Verfahrens 700 in 7 beschrieben, und ein Verwenden der Temperaturänderung zum Schätzen der verdampften und kondensierten Anteile des eingespritzten Wassers beinhalten. Dann, bei 804, beinhaltet das Verfahren ein Einstellen der verdampften und kondensierten Anteile für die Zylinder, die jedem Einspritzer nachgelagert sind, auf Grund der Schätzungen von den anderen Gruppen. Zum Beispiel kann ein erster Einspritzer eine erste Wassermenge stromaufwärts von einer ersten Zylindergruppe einspritzen, und ein zweiter Einspritzer kann eine zweite Wassermenge stromaufwärts von einer anderen, zweiten Zylindergruppe einspritzen. Die geschätzten verdampften und kondensierten Anteile der ersten Menge können auf Grund der geschätzten verdampften und kondensierten Anteile der zweiten Menge eingestellt werden (und umgekehrt). Zum Beispiel kann die Steuerung, wenn der kondensierte Anteil der ersten Menge steigt, die Schätzung des kondensierten Anteils der zweiten Menge erhöhen. Dies kann auf einem prognostizierten Maß an Übersprechen oder vernetzter Kommunikation/Teilen zwischen den Zylindergruppen beruhen (z. B. auf der Nähe der verzweigen Punkte zwischen den Zylindergruppen und Luftstrommengen an jede Zylindergruppe. Somit kann zwischen den Zylindergruppen unter bestimmten Bedingungen ein erwartetes Maß an Teilen kondensierten Wassers erfolgen.
Anschließend, bei 806, beinhaltet das Verfahren ein Erhalten von Klopfsensorausgaben von jedem Zylinder in einer Zylindergruppe (wie etwa von den Klopfsensoren 283, 383 oder 483, in 2–4 gezeigt) und ein Bestimmen der Fehlverteilung von Wasser auf die Zylinder in jeder Zylindergruppe auf Grund der Ausgaben. Zum Beispiel, wie weiter oben erwähnt, kann die Architektur des Ansaugkrümmerrohrs inhärent zu einer ungleichmäßigen Verteilung von Wasser von einem Einspritzer auf Zylinder in einer Gruppe führen. In einem anderen Beispiel kann eine Wasserfehlverteilung aufgrund von Winkelunterschieden des der Zylindergruppe vorgelagerten Wassereinspritzers in Relation zu jedem Rohr auftreten.
Auf Grund der bei 806 evaluierten Wasserfehlverteilung beinhaltet das Verfahren 808 ein Bestimmen, ob sich ein Wasserungleichgewicht für eine Zylindergruppe erkennen lässt.
Zum Beispiel kann die Wasserfehlverteilung (z. B. das Wasserungleichgewicht) auf eine Zylindergruppe, die mit einem Wassereinspritzer verbunden ist, auf Grund eines Vergleichs von Klopfausgaben von Klopfsensoren bestimmt werden, die mit jedem Zylinder in der Gruppe verbunden sind. Zum Beispiel kann die Klopfausgabe verwendet werden, um Unterschiede in der Klopfstärke in einzelnen Zylindern in Relation zu anderen Zylindern in der Gruppe zu bestimmen. Ist die Veränderung in der Klopfstärke nach einer Wassereinspritzung bei einem oder mehreren Zylindern in einer Gruppe im Vergleich zu den anderen anders, so kann dies auf Differenzen in der Wasserverteilung hinweisen. Zum Beispiel kann eine Standardabweichung in Klopfausgaben, die verschiedenen Zylindern entsprechen, bestimmt werden, und wenn die Standardabweichung einen Standardabweichungs-Schwellenwert überschreitet, so kann auf ein Wasserungleichgewicht hingewiesen werden. Wenn eine Klopfausgabe, die einem einzelnen Zylinder entspricht, um einen Schwellenwert von einem Durchschnittswert aller Klopfausgaben, der allen Zylindern der Gruppe entspricht, abweicht, dann kann in einem weiteren Beispiel darauf hingewiesen werden, dass der einzelne Zylinder mehr oder weniger Wasser als die anderen Zylinder in der Gruppe erhält. In einem anderen Beispiel kann die Fehlverteilung von Wasser auf eine Zylindergruppe, die mit einem Wassereinspritzer verbunden ist, auf Grund von Abweichungen der Zündzeitpunktverzögerung in einzelnen Zylindern von einem erwarteten Maß bestimmt werden, wobei das erwartete Maß auf einer Motorzuordnung beruht. Wird kein Wasserungleichgewicht erkannt, dann geht das Verfahren zu 810 über, wo eine nachfolgende Wassereinspritzmenge für die Zylindergruppen auf Grund der eingestellten verdampften und kondensierten Anteile (und nicht der Klopfsensorausgaben), die bei 804 des Verfahrens bestimmt wurden, eingestellt wird. Wenn aber ein Wasserungleichgewicht erkannt wird, so fährt das Verfahren bei 812 fort, um die Einspritzmenge, Impulsrate und/oder den Zeitpunkt der Wassereinspritzung durch den Wassereinspritzer der Zylindergruppe auf Grund der bestimmten Fehlverteilung (z. B. Klopfsensorausgaben) und/oder der bestimmten verdampften und kondensierten Anteile einzustellen. In einem Beispiel des Verfahrens bei 812 kann die Steuerung die Wassermenge erhöhen, die für einen Impuls eingespritzt wird, welcher der Einlassventilöffnung eines Zylinders entspricht, um eine geringere Wassermenge zu kompensieren, die bei diesem Zylinder im Vergleich zu anderen entdeckt wurde. Die geringere Wassermenge, die bei dem einen Zylinder in Relation zu den anderen in der Gruppe erkannt wurde, kann darauf beruhen, dass die Klopfsensorausgabe von diesem Zylinder über jener der anderen Zylinder liegt. In einem anderen Beispiel des Verfahrens kann die Steuerung bei 812 die Wassereinspritzung in eine Zylindergruppe auf Grund des Bestimmens, dass der verdampfte Anteil des eingespritzten Wassers unter einem Schwellenwert liegt, verringern. Danach fährt das Verfahren bei 814 fort, um den Motorbetrieb für jede Zylindergruppe als Reaktion auf das bei 808 erkannte Wasserungleichgewicht und/oder die eingestellten verdampften und kondensierten Anteile, die bei 804 bestimmt wurden, einzustellen. Das Verfahren bei 814 kann dem Verfahren bei 714, wie weiter oben beschrieben, ähneln. Zusätzlich kann das Verfahren bei 814 in einem Beispiel, falls der Zündzeitpunkt verzögert wird, ein Vorziehen des Zündzeitpunktes beinhalten, das innerhalb einer Zylindergruppe auf Grund des erkannten Wasserungleichgewichts unterschiedlich ist.
In 9 stellt ein Graph 900 Einstellungen des Motorbetriebs auf Grund geschätzter verdampfter und kondensierter Anteile des Wassers dar, das über einen Wassereinspritzer eingespritzt wird. Zum Beispiel stellt der Graph 900 Einstellungen einer Wassermenge dar, die aus einem Wassereinspritzer eines Wassereinspritzsystems (wie etwa des in 1 gezeigten Wassereinspritzsystems 60) eingespritzt wird, und zwar auf Grund einer Sensorausgabe bezüglich der Verteilerladungstemperatur, sowie Einstellungen von Motorbetriebsbedingungen wie etwa des Zündzeitpunkts nach einer Wassereinspritzung. Konkret zeigen die durch den Graph 900 dargestellten Betriebsparameter eine Wassermenge, die bei 902 über einen Wassereinspritzer eingespritzt wird, Veränderungen in einer Ausgabe eines Sensors für die Verteilerladungstemperatur bei Verlauf 904, bei Verlauf 906 einen geschätzten Anteil des eingespritzten Wassers, der verdampft ist, bei Verlauf 908 einen geschätzten Anteil des eingespritzten Wassers, der kondensiert ist, und Veränderungen des Zündzeitpunkts bei 910. Für jeden Betriebsparameter wird die Zeit auf der horizontalen Achse dargestellt, und die Werte jedes entsprechenden Betriebsparameters werden auf der vertikalen Achse dargestellt. In einem Beispiel kann der Sensor für die Verteilerladungstemperatur in der Nähe des Wassereinspritzers angeordnet sein, wie etwa im Inneren des Ansaugkrümmers, wenn der Wassereinspritzer in dem Ansaugkrümmer angeordnet ist.
Vor dem Zeitpunkt t1 steigt die Verteilertemperatur (Verlauf 904), und eine Wassereinspritzung kann auf Grund des Motorbetriebs angefordert werden. Zum Beispiel kann die Wassereinspritzung aufgrund dessen, dass die Motorlast einen Schwellenwert überschreitet, angefordert werden. In einem anderen Beispiel kann die Wassereinspritzung als Reaktion auf einen Klopfhinweis angefordert werden. Zum Zeitpunkt t1 kann die Steuerung als Reaktion auf einen Klopfhinweis den Zündzeitpunkt vom MBT anfänglich verzögern (Verlauf 910).
Als Reaktion auf die Einspritzanforderung kann die Verteilerladungstemperatur gemessen werden, und die Steuerung befiehlt, dass eine Wassermenge zum Zeitpunkt t1 aus dem Wassereinspritzsystem eingespritzt wird (Verlauf 902). Infolgedessen nimmt die Verteilerladungstemperatur von Zeitpunkt t1 auf t2 ab (Verlauf 904). Nach einem Zeitabstand nach der Einspritzung bei t2 wird die Verteilerladungstemperatur erneut gemessen. Der Zeitabstand zwischen der Wassereinspritzung und dem Messen der Verteilerladungstemperatur kann als Reaktion auf die eingespritzte Wassermenge oder andere Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Ausgehend von der gemessenen Veränderung der Verteilerladungstemperatur und der eingespritzten Wassermenge werden zum Zeitpunkt t2 ein verdampfter, erster Anteil des eingespritzten Wassers (Verlauf 906) und ein kondensierter, zweiter Anteil, der in dem Verteiler zurückbleibt (Verlauf 908), geschätzt. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt vom MBT (Verlauf 910) als Reaktion auf den verdampften Anteil des eingespritzten Wassers vorrücken, und anschließend kann die Steuerung als Reaktion auf das Bestimmen, dass der verdampfte Wasseranteil über dem Schwellenwert liegt, den Zündzeitpunkt von dem MBT bei Zeitpunkt t2 bewahren.
Zu einem späteren Zeitpunkt t3 wird eine Wassereinspritzung angefordert, und die Steuerung befiehlt, dass eine eingestellte Wassermenge auf Grund einer vorherigen Einspritzung eingespritzt wird. Zum Beispiel kann die Wassermenge, die bei Zeitpunkt t3 eingespritzt wird, als Reaktion darauf, dass ein verdampfter Anteil über einem Schwellenwert in Bezug auf eine vorherige Einspritzung bei Zeitpunkt t2 liegt, im Verhältnis zu der bei Zeitpunkt t1 eingespritzten Menge erhöht werden. Nach Wassereinspritzung bei Zeitpunkt t3 liegt der verdampfte Anteil bei Zeitpunkt t4 unter dem Schwellenwert (Verlauf 906). Bei Zeitpunkt t4 kann die Steuerung als Reaktion auf das Bestimmen, dass der verdampfte Wasseranteil unter einem Nicht-Null-Schwellenwert liegt, Motorbetriebsparameter, wie etwa den Zündzeitpunkt vom MBT (Verlauf 910), auf Grund des kondensierten Anteils (Verlauf 908) einstellen. Zum Beispiel kann die Zündung als Reaktion auf einen verdampften Anteil vorgezogen werden; allerdings kann das Maß an Frühzündung bei Zeitpunkt t4 geringer als bei Zeitpunkt t2 sein, um eine erhöhte Menge flüssigen Wassers von der Wassereinspritzung und eine verstärkte Klopftendenz zu kompensieren. Auf diese Weise nimmt das Maß an Frühzündung nach einem Wassereinspritzereignis mit einem verringerten verdampften Anteil und erhöhten kondensierten Anteil ab.
Bei Zeitpunkt t5 wird erneute eine Wassereinspritzung angefordert. Die bei Zeitpunkt t5 eingespritzte Wassermenge (Verlauf 902) kann auf Grund der verdampften und kondensierten Anteile von der vorherigen Wassereinspritzung bestimmt werden. Zwischen Zeitpunkt t5 und t6 liegt der verdampfte Anteil des eingespritzten Wassers über dem Schwellenwert. Als Reaktion darauf, dass er verdampfte Anteil bei Zeitpunkt t6 über dem Schwellenwert liegt, kann die Steuerung die aktuellen Betriebsbedingungen und den vorgezogenen Zündzeitpunkt beibehalten.
In 10 stellt der Graph 1000 Einstellungen einer Einspritzmenge und eines Einspritzzeitpunkts eines Wassereinspritzers als Reaktion auf eine ungleichmäßige Verteilung eingespritzten Wassers auf eine Zylindergruppe dar, die mit dem Einspritzer verbunden ist. Die bei Graph 1000 dargestellten Betriebsparameter beinhalten die Wassereinspritzung bei Verlauf 1002, den Zylinderventilhub für jeden von vier Zylindern bei 1004–1010 und Klopfsignale (z. B. Klopfausgabe eines Klopfsensors) für jeden von vier Zylindern bei 1012–1015. (Eine gestrichelte Linie entspricht der Klopfausgabe eines mit Zylinder 1 verbundenen Klopfsensors (Verlauf 1012); eine Punktlinie entspricht der Klopfausgabe eines mit Zylinder 2 verbundenen Klopfsensors (Verlauf 1013); Punkt-Strich-Linie entspricht der Klopfausgabe eines mit Zylinder 3 verbundenen Klopfsensors (Verlauf 1014), und eine durchgezogene Linie entspricht der Klopfausgabe eines mit Zylinder 4 verbundenen Klopfsensors (Verlauf 1015)). In dem abgebildeten Beispiel werden Wassereinspritzimpulse für jeden Zylinder mit dem Ventilhub synchronisiert. Zudem kann das Wasser in diesem Beispiel stromaufwärts aller Zylinder 1–4 eingespritzt werden (wie etwa über einen Sammelleitungseinspritzer, der in einem allen Zylindern 1–4 vorgelagerten Ansaugkrümmer angeordnet ist). Für jeden Betriebsparameter wird die Zeit auf der horizontalen Achse dargestellt, und die Werte jedes entsprechenden Betriebsparameters werden auf der vertikalen Achse dargestellt.
Vor Zeitpunkt t1 wird das Wasser als Reaktion auf eine Wassereinspritzanforderung stromaufwärts von jedem Zylinder (z. B. in dem Ansaugkrümmer) eingespritzt, und die Klopfsignalstärke wird überwacht. Wie weiter oben erläutert. Das Wasser kann eingespritzt werden, indem der Einspritzer zu Zeitpunkten pulsiert wird, die mit der Einlassventilöffnung jedes Zylinders synchronisiert sind. Auf diese Weise können mehrere Wasserimpulse durch einen einzelnen Einspritzer abgegeben werden, der den Zylindern 1–4 vorgelagert ist. Die Klopfsignalstärke nimmt aufgrund von Motorbetriebsbedingungen vor Zeitpunkt t1 zu. Als Reaktion auf eine Rückkopplung über den Motorbetrieb von einer Vielzahl von Sensoren einschließlich Klopfsensoren kann die Steuerung die Wassermenge erhöhen, die für jeden Impuls bei Zeitpunkt t1 eingespritzt wird. Zwischen Zeitpunkt t1 und t2 kann das Klopfstärkesignal aufgrund einer verstärkten Wassereinspritzung zunehmen. Somit kann die Steuerung den aktuellen Motorbetrieb und die aktuelle Wassereinspritzmenge und -Pulsierung fortsetzen. Zu einem späteren Zeitpunkt t2 nimmt das Klopfstärkesignal für Zylinder 3 ab. Dies kann sich aus einer ungleichmäßigen Wasserverteilung von dem Wassereinspritzer auf Zylinder 3 in Relation zu den anderen Zylindern in der Gruppe (z. B. den Zylindern 1, 2 und 4) ergeben. Als Reaktion auf das Erkennen, dass Zylinder 3 ein verstärktes Klopfsignal aufweist und eventuell weniger Wasser erhalten hat (in Relation zu den anderen Zylindern in der Gruppe), kann die Steuerung zu Zeitpunkt t3 die in den Zylinder 3 eingespritzte Wassermenge erhöhen. Durch das Erhöhen der Wassermenge, die für einen Impuls eingespritzt wird, welcher dem Ventilhub für Zylinder drei entspricht, kann an einen jeweiligen Zylinder mehr Wasser abgegeben werden, obwohl ein Einspritzer eventuell einer Zylindergruppe vorgelagert ist. Nach dem Zeitpunkt t3 kann die Steuerung die Wassereinspritzimpulse als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen und vorherige Einspritzungen fortsetzen.
Auf diese Weise können der Motorbetrieb und eine eingespritzte Wassermenge auf der Grundlage eines ersten Anteils einer Wassermenge, die verdampf ist, und eines zweiten Anteils, der flüssig geblieben ist, während eines Wassereinspritzereignisses eingestellt werden. In einem Beispiel kann die Wassermenge, die verdampft ist, auf der Grundlage einer Änderung der Verteilertemperatur vor und nach einer Einspritzung bestimmt werden und die Wassermenge, die flüssig geblieben ist (z. B. kondensiert) kann auf der Grundlage des verdampften Anteils und der eingespritzten Wassermenge bestimmt werden. Als eine Folge können Wassereinspritzung und Motorbetrieb eingestellt werden, um den verdampften und kondensierten Anteil zu kompensieren. In einem Beispiel können die Wassereinspritzmengen für nachfolgende Wassereinspritzereignisse auf der Grundlage des verdampften und/oder kondensierten Anteils eingestellt werden. In einem weiteren Beispiel können Motorbetriebsparameter wie der Zündzeitpunkt als Reaktion auf den ersten und zweiten Anteil eingestellt werden. Durch Einstellen der Wassereinspritzung und der Motorbetriebsbedingungen als Reaktion auf den verdampften und kondensierten Anteil wird die Wahrscheinlichkeit für instabile Verbrennung aufgrund von kondensierter Flüssigkeit in dem Ansaugkrümmer verringert. Zusätzlich können Kraftstoffeffizienz- und Motorleistungsvorteile der Wassereinspritzung erhöht werden. Der technische Effekt des Einstellens einer Wassermenge für Wassereinspritzung in einen Motor auf der Grundlage eines verdampften Anteils und eines kondensierten Anteils besteht darin, kondensierte Flüssigkeit nach einem Wassereinspritzereignis zu kompensieren.
Als eine Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren das Einspritzen einer Wassermenge in einen Ansaugkrümmer eines Motors als Reaktion auf Motorzustände und das Einstellen eines Motorbetriebsparameters als Reaktion auf einen ersten Anteil der Wassermenge, der verdampft ist, und einen zweiten Anteil der Wassermenge, der flüssig geblieben. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen des ersten Anteils auf der Grundlage einer Änderung der Verteilertemperatur nach dem Einspritzen und Bestimmen des zweiten Anteils auf der Grundlage der eingespritzten Wassermenge und des ersten Anteils. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Änderung der Verteilertemperatur nach dem Einspritzen eine Differenz der Verteilertemperatur von vor dem Einspritzen zu einem Zeitabstand nach dem Einspritzen ist, wobei der Zeitabstand auf einer geschätzten Zeitspanne beruht, welche die eingespritzte Wassermenge zum Verdampfen benötigt. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Motorbetriebsparameters Fortsetzen der Einspritzung der Wassermenge in den Ansaugkrümmer beinhaltet, ohne die Wassermenge einzustellen, als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil über einem Schwellenwert liegt. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Motorbetriebsparameters Erhöhen eines Frühzündungsumfangs als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil unter einem Schwellenwert liegt, beinhaltet, wobei der Frühzündungsumfang auf dem bestimmten zweiten Anteil beruht. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis vierte Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen der Wassermenge, die in den Ansaugkrümmer eingespritzt wird, auf eine zweite Menge als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil unter einem Schwellenwert liegt, beinhaltet, wobei die zweite Menge auf dem bestimmten ersten Anteil beruht. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis fünfte Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter beinhaltet, um den Luftstrom zu dem Motor zu erhöhen, um den zweiten Anteil als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil unter einem Schwellenwert liegt, aus dem Ansaugkrümmer zu spülen, wobei die Erhöhung des Luftstroms zu dem Motor auf dem bestimmten zweiten Anteil beruht. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis sechste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Motorbetriebsparameter Einstellen eines ersten Motorbetriebsparameters als Reaktion auf den ersten Anteil und Einstellen eines unterschiedlichen, zweiten Motorbetriebsparameters als Reaktion auf den zweiten Anteil beinhaltet. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis siebte Beispiel und beinhaltet ferner, dass der erste Motorbetriebsparameter eines oder mehrere einer nachfolgenden Wassermenge zum Einspritzen in den Ansaugkrümmer beinhaltet und der zweite Motorbetriebsparameter eines oder mehrere von Zündzeitplanung und Luftstrom zu dem Motor zum Einleiten einer proaktiven Kondensatspülroutine beinhaltet. Ein neuntes Beispiel des Verfahren beinhaltet optional das erste bis achte Beispiel und umfasst ferner das Bestimmen der Wassermenge zum Einspritzen in einen Ansaugkrümmer auf der Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, Hinweis auf Motorklopfen, Zündzeitpunkt und Umgebungsbedingungen. Ein zehntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet ferner das erste bis neunte Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Einspritzen der Wassermenge in den Ansaugkrümmer Betätigen, über eine Steuerung, eines Wassereinspritzers beinhaltet, der mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist und der allen Motorzylindern vorgelagert und einer Ansaugdrossel nachgelagert ist, um die Wassermenge einzuspritzen. Ein elftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis zehnte Beispiel und umfasst ferner, gleichzeitig mit dem Einspritzen der Wassermenge mit dem Wassereinspritzer, Einspritzen einer Kraftstoffmenge in einen oder mehrere Motorzylinder über einen oder mehrere Kraftstoffeinspritzer, die mit den Motorzylindern gekoppelt sind.
Als eine weitere Ausführungsform umfasst ein Verfahren nach dem Einspritzen einer ersten Wassermenge in einen Ansaugkrümmer als Reaktion auf Motorzustände ein Bestimmen eines ersten Anteils der ersten Wassermenge, die verdampft ist, und eines zurückbleibenden, zweiten Anteils der ersten Wassermenge, die kondensiert ist; ein Einstellen eines Motorbetriebsparameters auf der Grundlage des zweiten Anteils und während eines nachfolgenden Wassereinspritzereignisses ein Einspritzen einer zweiten Wassermenge in den Ansaugkrümmer auf der Grundlage des ersten Anteils. In einem ersten Beispiel des Verfahrens beinhaltet das Verfahren ferner, dass das Bestimmen des zweiten Anteils ein Bestimmen des zweiten Anteils auf der Grundlage der eingespritzten ersten Menge und einer Änderung der Verteilertemperatur von vor bis nach dem Einspritzen beinhaltet. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass sich die zweite Menge von der ersten Menge unterscheidet, wenn der bestimmte erste Anteil unter einem Schwellenwert liegt, und dass sich die zweite Menge erhöht, wenn sich der bestimmte erste Anteil reduziert. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet ferner eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Motorbetriebsparameters ein Erhöhen eines Ausmaßes des Öffnens einer Ansaugdrossel beinhaltet, um den Luftstrom zu erhöhen und den zweiten Anteil in Motorzylinder des Motors als Reaktion darauf zu spülen, dass sich der zweite Anteil über einen Schwellenwert hinaus erhöht, und als Reaktion auf ein Ereignis zur Kraftstoffabriegelung zum Abbremsen. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis dritte Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Motorbetriebsparameters ein Reduzieren eines Frühzündungsumfangs beinhaltet, wenn dich der bestimmte zweite Anteil erhöht.
Als noch eine weitere Ausführungsform beinhaltet ein System einen Wassereinspritzer, der mit einem Ansaugkrümmer, der einem Motorzylinder vorgelagert ist, gekoppelt ist; einen Temperatursensor, der mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist; eine Steuerung, beinhaltend einen nichtflüchtigen Speicher mit computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Einspritzen einer ersten Wassermenge in den Ansaugkrümmer über den Wassereinspritzer; Bestimmen eines Anteils der ersten Menge, der innerhalb des Ansaugkrümmers kondensiert ist, auf der Grundlage einer Änderung der Verteilertemperatur, die durch den Temperatursensor nach dem Einspritzen gemessen wird, und der ersten Wassermenge; und Einstellen des Motorbetriebs auf der Grundlage des bestimmten Anteils. In einem ersten Beispiel des Systems beinhaltet das System ferner, dass die computerlesbaren Anweisungen ferner Anweisungen zum Einstellen der ersten Wassermenge, die in den Ansaugkrümmer eingespritzt wird, während eines nachfolgenden Einspritzereignisses auf der Grundlage eines bestimmten Anteils der ersten Menge beinhalten, der innerhalb des Ansaugkrümmers verdampft, wobei der bestimmte Anteil, der verdampft ist, auf der Änderung der Verteilertemperatur beruht. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der Wassereinspritzer einer Ansaugdrossel nachgelagert gekoppelt ist, und wobei der Wassereinspritzer Ansaugkanälen einer Vielzahl von Motorzylindern vorgelagert mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit unterschiedlichen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, einschließend die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Verbrennungsmotorhardware, ausgeführt werden. Die spezifischen hierin beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und Ähnliches. Somit können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch Code darstellen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem programmiert werden soll, in dem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließlich der verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I-4, I-6, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Verbrennungsmotortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Schutzumfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, darüber hinaus als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2013/0206100 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: Einspritzen einer Wassermenge in einen Ansaugkrümmer eines Motors als Reaktion auf Motorzustände; und Einstellen eines Motorbetriebsparameters als Reaktion auf einen ersten Anteil der Wassermenge, der verdampft ist, und einen zweiten Anteil der Wassermenge, der flüssig geblieben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bestimmen des ersten Anteils auf der Grundlage einer Änderung der Verteilertemperatur nach dem Einspritzen und Bestimmen des zweiten Anteils auf der Grundlage der eingespritzten Wassermenge und des ersten Anteils.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Änderung der Verteilertemperatur nach dem Einspritzen eine Differenz der Verteilertemperatur von vor dem Einspritzen zu einem Zeitabstand nach dem Einspritzen ist, wobei der Zeitabstand auf einer geschätzten Zeitspanne beruht, welche die eingespritzte Wassermenge zum Verdampfen benötigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Fortsetzen der Einspritzung der Wassermenge in den Ansaugkrümmer beinhaltet, ohne die Wassermenge einzustellen, als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil über einem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Erhöhen eines Frühzündungsumfangs als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil über einem Schwellenwert liegt, beinhaltet, wobei der Frühzündungsumfang auf dem bestimmten zweiten Anteil beruht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen der Wassermenge, die in den Ansaugkrümmer eingespritzt wird, auf eine zweite Menge als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil unter einem Schwellenwert liegt, beinhaltet, wobei die zweite Menge auf dem bestimmten ersten Anteil beruht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter beinhaltet, um den Luftstrom zu dem Motor zu erhöhen, um den zweiten Anteil als Reaktion darauf, dass der bestimmte erste Anteil unter einem Schwellenwert liegt, aus dem Ansaugkrümmer zu spülen, wobei die Erhöhung des Luftstroms zu dem Motor auf dem bestimmten zweiten Anteil beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameter Einstellen eines ersten Motorbetriebsparameters als Reaktion auf den ersten Anteil und Einstellen eines unterschiedlichen, zweiten Motorbetriebsparameters als Reaktion auf den zweiten Anteil beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Motorbetriebsparameter eines oder mehrere einer nachfolgenden Wassermenge zum Einspritzen in den Ansaugkrümmer beinhaltet und der zweite Motorbetriebsparameter eines oder mehrere von Zündzeitplanung und Luftstrom zu dem Motor zum Einleiten einer proaktiven Kondensatspülroutine beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bestimmen der Wassermenge zum Einspritzen in einen Ansaugkrümmer auf der Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, Hinweis auf Motorklopfen, Zündzeitpunkt und Umgebungsbedingungen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einspritzen der Wassermenge in den Ansaugkrümmer Betätigen, über eine Steuerung, eines Wassereinspritzers beinhaltet, der mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist und der allen Motorzylindern vorgelagert und einer Ansaugdrossel nachgelagert ist, um die Wassermenge einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend, gleichzeitig mit dem Einspritzen der Wassermenge mit dem Wassereinspritzer, Einspritzen einer Kraftstoffmenge in einen oder mehrere Motorzylinder über einen oder mehrere Kraftstoffeinspritzer, die mit den Motorzylindern gekoppelt sind.
System, umfassend: einen Wassereinspritzer, der mit einem Ansaugkrümmer, der einem Motorzylinder vorgelagert ist, gekoppelt ist; einen Temperatursensor, der mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist; eine Steuerung, beinhaltend einen nichtflüchtigen Speicher mit computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Einspritzen einer ersten Wassermenge in den Ansaugkrümmer über den Wassereinspritzer; Bestimmen eines Anteils der ersten Menge, der innerhalb des Ansaugkrümmers kondensiert ist, auf der Grundlage einer Änderung der Verteilertemperatur, die durch den Temperatursensor nach dem Einspritzen gemessen wird, und der ersten Wassermenge; und Einstellen des Motorbetriebs auf der Grundlage des bestimmten Anteils.
System nach Anspruch 13, wobei die computerlesbaren Anweisungen ferner Anweisungen zum Einstellen der ersten Wassermenge, die in den Ansaugkrümmer eingespritzt wird, während eines nachfolgenden Einspritzereignisses auf der Grundlage eines bestimmten Anteils der ersten Menge beinhalten, der innerhalb des Ansaugkrümmers verdampft, wobei der bestimmte Anteil, der verdampft ist, auf der Änderung der Verteilertemperatur beruht.
System nach Anspruch 13, wobei der Wassereinspritzer einer Ansaugdrossel nachgelagert gekoppelt ist, und wobei der Wassereinspritzer Ansaugkanälen einer Vielzahl von Motorzylindern vorgelagert mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist.