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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Kraftmaschinen-Steuerungssystem und -verfahren und insbesondere ein Kraftmaschinen-Steuerungssystem für eine Zweistoff-Kraftmaschine mit Zweistoffbetrieb und Zylinderabschaltstrategie.
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Hintergrund
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Zylinderabschaltung ist ein Verfahren, um die Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern einer Kraftmaschine zu reduzieren oder ganz zu stoppen. Im Allgemeinen wird eine Zylinderabschaltung in Schwachlastzeiten der Kraftmaschine in Gang gesetzt, um den Wirkungsgrad zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Bei Arbeitsmaschinen mit langen Leerlaufzeiten, in denen die Kraftmaschine im Schwachlastbetrieb bleibt, ist eine Abschaltung besonders nützlich. In der Regel werden ein oder mehrere Zylinder abgeschaltet, während eine aktive Untergruppe von Zylindern weiterbetrieben wird. Für Einstoff-Kraftmaschinen (z. B. Dieselmotoren usw.) genügt eine einfache Kraftstoffstrategie, bei der mit der Einspritzung aufgehört wird. Für Zweistoff-Kraftmaschinen, in denen gasförmiger und flüssiger Kraftstoff verbrannt wird, ist jedoch eine verbesserte Kraftstoffversorgungsstrategie erforderlich. Bei einigen Zweistoff-Kraftmaschinen kann gasförmiger Kraftstoff bis zu 500 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt eingespritzt werden, was zu einer erheblichen Phasenverzögerung zwischen Einspritzung und Verbrennung führt. Diese Phasenverzögerung kann bestehende Techniken zur Steuerung der Zylinderabschaltung störend beeinflussen und zu Zündaussetzern bei der Zylinderabschaltung oder zu doppelten Zündungen bei der Wiederanschaltung führen. Außerdem ist bei Zweistoff-Kraftmaschinen mit separatem Regelungsmodul für jeden Kraftstofftyp die Fähigkeit, jederzeit die genaue Kraftstoffmenge in jedem Zylinder zu regeln, durch die Eigenschaften der Elektronik und des Protokolls für die Kommunikation zwischen den Steuermodulen weiter eingeschränkt, was das Problem der Phasenverzögerung verschärfen kann. Daher ist ein robustes Zylinderabschaltverfahren erforderlich, das letztendlich einen besseren Gasaustausch im Zylinder ermöglicht, wenn zum Regeln der Einspritzung jedes Kraftstoffs separate Regelungsmodule verwendet werden.
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Ein Kraftmaschinen-Steuerungsverfahren und -system, um Zylinder in einer Zweistoff-Kraftmaschine abzuschalten, ist in der PCT-Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
WO 2016/154 086 A1 (der '086er Veröffentlichung) von Kolhouse u. a., veröffentlicht am 29. September 2016, beschrieben. In der '086er Veröffentlichung ist ein Kraftmaschinen-Steuerungssystem beschrieben, das die Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff in eine ausgewählte Bank von Zylindern verringert, die zur Deaktivierung bestimmt sind, während in den übrigen Zylindern die Zweistoffverbrennung beibehalten wird.
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Das Verfahren und das System der '086er Veröffentlichung mag zwar Probleme im Zusammenhang mit einer Abschaltung bei Zweistoff-Kraftmaschinen im Hinblick auf ihre Auswirkungen auf Abgas und Anforderungen an den Injektor angehen, doch es behandelt nicht die Probleme, die mit Phasenverzögerungen bei der Gaseinblasung und Zylinderabschaltung und Zylinderwiederzuschaltung verbunden sind. Und es geht auch nicht die Probleme im Zusammenhang mit dem Auftreten von doppelten Zündungen oder Zündaussetzern beim Abschalten bzw. Wiederanschalten von Zylindern einer Zweistoff-Kraftmaschine an.
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Das hier offenbarte System zielt darauf ab, eine oder mehrere der oben dargelegten Aufgaben zu lösen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Unter einem Aspekt zielt die vorliegende Offenbarung auf ein Kraftmaschinen-Steuerungsverfahren und -system ab, das ein Betreiben einer Zweistoff-Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern umfasst, die dafür ausgelegt sind, einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff aufzunehmen. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines Zylinder-Abschaltereignisses und ein Eintreten in einen Zylinderabschaltmodus nach dem Bestimmen des Zylinder-Abschaltereignisses, umfassend ein Identifizieren einer ersten Untergruppe von abzuschaltenden Zylindern, ein Verringern der Menge des gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff, ausgehend von einer anfänglichen Menge, über eine Auslaufphase für die mehreren Zylinder, ein Abschalten der ersten Untergruppe von Zylindern, während eine aktive Untergruppe von Zylindern weiterbetrieben wird, und ein Erhöhen der Menge des gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff über eine Anlaufphase für die aktive Untergruppe von Zylindern.
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Unter einem anderen Aspekt zielt die vorliegende Offenbarung auf ein Kraftmaschinen-Steuerungsverfahren ab, umfassend ein Betreiben einer Zweistoff-Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern, die dafür ausgelegt sind, einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff aufzunehmen, mit einem Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul, einem ersten Gaskraftstoff-Regelungsmodul, das einer ersten Untergruppe von Zylindern zugeordnet ist, und einem zweiten Gaskraftstoff-Regelungsmodul, das einer zweiten Untergruppe von Zylindern zugeordnet ist. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines Zylinder-Abschaltereignisses und ein Eintreten in einen Zylinderabschaltmodus nach dem Bestimmen des Zylinder-Abschaltereignisses. Ein Eintreten in den Zylinderabschaltmodus umfasst ein Anweisen des ersten Gaskraftstoff-Regelungsmoduls und des zweiten Gaskraftstoff-Regelungsmoduls, die Menge des gasförmigen Kraftstoffs in den mehreren Zylindern im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff, ausgehend von einer anfänglichen Menge, über eine Auslaufphase, zu verringern, während das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul angewiesen wird, den Betrieb der mehreren Zylinder mit dem flüssigen Kraftstoff über die Auslaufphase fortzusetzen; ein Abschalten der ersten Untergruppe von Zylindern, indem das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul angewiesen wird, mit der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff in die erste Untergruppe von Zylindern aufzuhören, während in die zweite Untergruppe von Zylindern weiterhin flüssiger Kraftstoff eingespritzt wird; ein Anweisen des zweiten Gaskraftstoff-Regelungsmoduls, über eine Anlaufphase die Menge des gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff für die zweite Untergruppe von Zylindern auf die anfängliche Menge zu erhöhen.
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Unter noch einem weiteren Aspekt zielt die vorliegende Offenbarung auf ein Kraftmaschinen-Steuerungssystem ab, das eine Zweistoff-Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern, die dafür ausgelegt sind, einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff aufzunehmen, ein Kraftstoffsystem mit einer Quelle flüssigen Kraftstoffs und einer Quelle gasförmigen Kraftstoffs und eine Steuerung umfasst. Ferner umfasst das Kraftmaschinen-Steuerungssystem eine Steuerung, ein Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul und mindestens ein Gaskraftstoff-Regelungsmodul, die einer ersten Untergruppe von Zylindern und einer zweiten Untergruppe von Zylindern zugeordnet sind, wobei sie jeweils über ein Netzwerk kommunikationsfähig verbunden sind. Die Steuerung weist einen Betriebsmodus und einen Zylinderabschaltmodus auf. Im Betriebsmodus ist die Steuerung dafür konfiguriert, das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul und das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmodul anzuweisen, die mehreren Zylinder in einem Zweistoffmodus zu betreiben. Dabei ist die Steuerung im Zylinderabschaltmodus dafür konfiguriert, das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul und die mindestens eine Gaskraftstoff-Regelung anzuweisen, über eine Auslaufphase in einen Nur-Flüssigkraftstoff-Modus überzugehen; das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul anzuweisen, die erste Untergruppe von Zylindern abzuschalten, indem es nach der Auslaufphase mit der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff in die erste Untergruppe von Zylindern aufhört, während in die zweite Untergruppe von Zylindern weiterhin flüssiger Kraftstoff eingespritzt wird; und das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul und das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmodul anzuweisen, bei der zweiten Untergruppe von Zylindern in den Zweistoffmodus überzugehen, nachdem die erste Untergruppe von Zylindern abgeschaltet worden ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaft offenbarten Kraftmaschinen-Steuerungssystems;
- 2 ist ein Ablaufplan, der ein beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des Kraftmaschinen-Steuerungssystems von 1 veranschaulicht;
- 3 ist ein weiterer Ablaufplan, der ein beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des Kraftmaschinen-Steuerungssystems von 1 veranschaulicht;
- 4 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Kraftstoffabgabe von gasförmigem Kraftstoff und flüssigem Kraftstoff entsprechend dem offenbarten Verfahren zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaft offenbarten Kraftmaschinen-Steuerungssystems. Das System umfasst eine Zweistoff-Kraftmaschine 20 mit einem Kraftmaschinenblock 21, der mehrere Kraftmaschinenzylinder 22 umgrenzt. In jedem der Zylinder 22 bewegt sich ein Kolben hin und her, sodass ein Verdichtungsverhältnis definiert ist, das im Allgemeinen mit einem Verdichtungsverhältnis in Zusammenhang steht, das für eine Kompressionszündung einer eingespritzten Flüssigkeit, wie etwa Diesel, geeignet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Kraftmaschine 20 zwölf Kraftmaschinenzylinder 22 auf. Für den Fachmann versteht sich jedoch, dass eine Kraftmaschine mit einer beliebigen Zahl von Zylindern ebenso in den beabsichtigten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen würde.
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Die Kraftmaschine 20 weist ein Kraftstoffsystem auf, das zu den Zylindern 22 zum Verbrennen einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff liefert. Für eine Direkteinspritzung von flüssigem Kraftstoff in jeden der mehreren Zylinder 22 ist ein Flüssigkraftstoff-Einspritzventil 30 angeordnet. Das Kraftstoffsystem kann eine Common-Rail für unter hohem Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff und eine Common-Rail für flüssigen Kraftstoff umfassen oder das Kraftstoffsystem kann eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe mit Pumpe-Düse-Einheiten umfassen. In beiden Ausführungsformen umfasst das Kraftstoffsystem eine Quelle 29 flüssigen Kraftstoffs, die die Kraftmaschine 20 mit flüssigem Kraftstoff (z. B. Dieselkraftstoff) versorgt, und eine Quelle 28 gasförmigen Kraftstoffs, die die Kraftmaschine 20 mit gasförmigem Kraftstoff (z. B. verdichtetem Erdgas) versorgt.
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Die Quelle 28 gasförmigen Kraftstoffs kann einen Tank 31 für unter Druck stehendes, tiefkaltes flüssiges Erdgas umfassen, mit einem Auslass, der mit einer Kryopumpe 36 mit variabler Fördermenge in Fluidverbindung steht. Außerdem kann die Quelle 28 gasförmigen Kraftstoffs einen Wärmetauscher, einen Speicher, ein Kraftstoffkonditionierungsmodul, das den Druck des gasförmigen Kraftstoffs, mit dem die Kraftmaschine 20 versorgt wird, regelt, und ein Gasfilter 34 umfassen, obwohl in 1 nicht alles davon gezeigt ist. Die Quelle 29 für flüssigen Kraftstoff kann einen Dieselkraftstofftank 37, Kraftstofffilter 38 und eine Kraftstoffpumpe 39 umfassen, die die Kraftmaschine 20 mit flüssigem Kraftstoff versorgt und dessen Druck steuert. Zwischen dem Tank 31 für unter Druck stehendes, tiefkaltes flüssiges Erdgas und der Kraftmaschine 20 können sich weitere Betätigungsorgane befinden, wie etwa ein Absperrventil, um den Tank 31 von der Kraftmaschine 20 zu trennen.
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Gas- und Flüssigkraftstoffleitungen 40, 41 können die Kraftmaschine 20 mit Kraftstoff versorgen. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist die Kraftmaschine 20 als zwölf Zylinder aufweisend, die in einer ersten Bank von Zylindern 23 und einer zweiten Bank von Zylindern 24 angeordnet sind, bildlich dargestellt und beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Kraftmaschine 20 eine größere oder geringere Zahl von Zylindern aufweisen kann und dass die Zylinder 22 in einer „Reihen“-Konfiguration, in einer „V“-Konfiguration, in einer Gegenkolbenkonfiguration oder in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können. Kraftstoff von den Leitungen 40, 41 wird über einzelne Kraftstoffeinspritzventile 30 und Gaseinlassventile 32 an die Kraftmaschine 20 abgegeben. Die Kraftstoffeinspritzventile 30 spritzen den flüssigen Kraftstoff direkt in die Zylinder 22 ein, während die Gaseinlassventile 32 gasförmigen Kraftstoff stromaufwärts von den Zylindern 22 abgeben. Dies kann ein Einblasen von gasförmigem Kraftstoff in ein Ansaugrohr oder stromaufwärts von einem Umgebungslufteinlass (nicht gezeigt) eines Turboladers umfassen. Die Kraftstoffeinspritzventile 30 können, als Beispiel, elektronisch betätigte Kraftstoffeinspritzventile (z. B. Kraftstoffeinspritzventile einer elektronisch gesteuerten Einheit, mechanisch betätigt), elektronisch geregelte Kraftstoffeinspritzventile, digital geregelte Kraftstoff einspritzventile oder jegliche andere Art von Injektoren, die allgemein bekannt ist, verkörpern. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 30 und jedes Gaseinlassventil 32 kann separat und unabhängig betriebsfähig sein, um eine Menge eines unter Druck stehenden Kraftstoffs zu vorher festgelegten Zeiten, bei vorher festgelegten Kraftstoffdrücken und Kraftstoffliefermengen in einen zugeordneten Zylinder 22 einzuspritzen/abzugeben.
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In jedem der Zylinder 22 kann ein Kolben (nicht gezeigt) derart gleitfähig angeordnet sein, dass er sich zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) hin- und herbewegt, während er eine Kurbelwelle eine vollständige Umdrehung ausführen lässt. Während einer Kurbelwellenumdrehung führt der Kolben einen Einlasshub, einen Kompressionshub, einen Verbrennungs- oder Arbeitshub und einen Auslasshub aus. Kolben können über mehrere Pleuelstangen mit der Kurbelwelle wirkverbunden sein. Die Kurbelwelle kann im Innern des Kraftmaschinenblocks 21 drehbar angeordnet sein und kann mit einem Generator oder mit einem Kraftübertragungssystem einer Maschine wirkverbunden sein, sodass eine Drehbewegung jeder Kurbelwelle ein entsprechendes Drehen des wirkverbundenen Generators oder Kraftübertragungssystems zur Folge hat.
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Bei einem Dieselverfahren können sich die Kolben während des Einlasshubs vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT) bewegen, um Luft in die jeweiligen Zylinder 22 zu saugen. Der Kolben kann dann während des Kompressionshubs wieder zum OT zurückgehen und dadurch die Luft verdichten. Gegen Ende des Kompressionshubs und/oder während eines ersten Abschnitts des Arbeitshubs können ein Kraftstoffeinspritzventil 30 und ein Gaseinlassventil 32, die jedem der Zylinder 22 zugeordnet sind, Druckeinspritzungen von flüssigem Kraftstoff bzw. Druckeinblasungen von gasförmigem Kraftstoff in die Zylinder 22 vornehmen. Die Druckeinspritzungen bzw. -einblasungen können sich während des Kompressionshubs mit der unter Druck stehenden Luft im Zylinder mischen und die Verbrennung der flüssigen und gasförmigen Kraftstoffe in Gang setzen. Wenn es gezündet wird, kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch bewirken, dass sich der Kolben wieder zurück zum UT bewegt, nämlich während des Arbeitshubs. Diese Abwärtsbewegung des Kolbens treibt die Drehbewegung der Kurbelwelle und folglich die Drehbewegung für den Generator oder das Kraftübertragungssystem an. Während des Auslasshubs kann dann der Kolben wieder zum OT zurückgehen, um die Abgase aus den Zylindern 22 auszustoßen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kraftmaschine 20 eine Zweistoff-Kraftmaschine, die dafür ausgelegt ist, zwei verschiedene Arten von Kraftstoff zu verbrennen und eine mechanische Leistung zu erzeugen, die einen Maschine oder einen Generator antreibt. Die Kraftmaschine 20 kann in einem Nur-Flüssigkraftstoff-Modus betrieben werden, in dem nur flüssiger Kraftstoff in die Zylinder 22 eingespritzt wird, oder in einem Zweistoffmodus, in dem flüssiger und gasförmiger Kraftstoff in die Zylinder 22 eingespritzt bzw. eingelassen wird. Welcher Kraftstoff einzuspritzen bzw. einzublasen ist, wie viel von jedem Kraftstofftyp und wann jeder Kraftstoff einzuspritzen bzw. einzublasen ist, wird von einer Steuerung 81 bestimmt, die mit mindestens einem Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 und mindestens einem Gaskraftstoff-Regelungsmodul 61, 62 in Kommunikation steht. Obwohl in 1 eine erste Gaskraftstoff-Regelung 61 und eine zweite Gaskraftstoff-Regelung 62 bildlich dargestellt sind, kann das System Ausführungsformen mit nur einer Gaskraftstoff-Regelung aufweisen.
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Die Steuerung 81, das mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 und das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmodul 61, 62 sind jeweils über ein Netzwerk (z. B. ein CAN-Netz) kommunikationsfähig verbunden. Bei einer ersten Ausführungsform kann das erste Gaskraftstoff-Regelungsmodul 61 einer ersten Untergruppe von Zylindern zugeordnet sein und das zweite Gaskraftstoff-Regelungsmodul 62 kann einer zweiten Untergruppe von Zylindern zugeordnet sein. Jede Untergruppe kann eine Bank von Zylindern umfassen, wobei die erste Untergruppe von Zylindern die erste Bank von Zylindern 23 umfasst und die zweite Untergruppe von Zylindern die zweite Bank von Zylindern 24 umfasst.
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In manchen Situationen kann es wünschenswert sein, weniger als alle Zylinder 22 der Kraftmaschine 20 in Betrieb zu haben. Deshalb kann die Steuerung 81 einen Betriebsmodus und einen Zylinderabschaltmodus aufweisen. Der Zylinderabschaltmodus kann ausgelöst werden, wenn die Steuerung 81, die verschiedene Parameter der Kraftmaschine und der zugehörigen Maschine überwacht, ein Zylinder-Abschaltereignis bestimmt. Wenn ein Zylinder-Abschaltereignis bestimmt worden ist, kann die Steuerung 81 in den Zylinderabschaltmodus eintreten und das mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 und das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmodul 61, 62 anweisen, Schritte zum Abschalten eines oder mehrerer Zylinder 22 der Kraftmaschine 20 einzuleiten. Dies ermöglicht, dass die Kraftmaschine 20 weiterläuft, ohne dass sämtliche Zylinder 22 aktiv sind, wodurch weniger Kraftstoff eingespritzt bzw. eingeblasen wird und der Verbrauch verringert wird.
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Zylinder-Abschaltereignisse können beispielsweise mit niedrigen Kraftmaschinendrehzahlen, niedrigen Kraftmaschinenlasten, Leerlaufzeiten und/oder Kaltbetrieb korrespondieren. Insbesondere bei niedriger Kraftmaschinendrehzahl und/oder niedriger Last kann die Menge des von jedem Kraftstoffeinspritzventil 30 und jedem Gaseinlassventil 32 eingespritzten bzw. eingeblasenen Kraftstoffs relativ klein sein. Es versteht sich, dass der insgesamt eingespritzte bzw. eingeblasene Kraftstoff bei einem Nur-Flüssigkraftstoff-Modus die Gesamtmenge des flüssigen Kraftstoffs oder bei einem Zweistoffmodus die Gesamtmenge des flüssigen und gasförmigen Kraftstoffs bezeichnet. Sinkt die Menge des insgesamt eingespritzten bzw. eingeblasenen Kraftstoffs unter einen Schwellenwert, so kann im Allgemeinen aufgrund von parasitären Verlusten der Maschine oder des Generators der Wirkungsgrad der Kraftmaschine 20 beeinflusst (z. B. verringert) werden oder die Gasaustauschfähigkeit der Kraftmaschine 20 kann verringert werden. In dieser Situation kann es besser sein, weniger als alle Zylinder 22 in Betrieb zu haben, sodass die Gesamtmenge des eingespritzten bzw. eingeblasenen Kraftstoffs verringert ist und/oder sich auf weniger Kraftstoffeinspritzventile 30 verteilt. In manchen Fällen können die Kraftstoffeinspritzventile 30 eine größere oder effizientere Menge Kraftstoff einspritzen, wenn weniger als alle Zylinder aktiv sind. Alternativ können weniger Injektoren mit der gleichen Menge eingespritzten Kraftstoffs betrieben werden wie vor einer Zylinderabschaltung. Bei einem Kaltbetrieb kann die Menge des von einem Kraftstoffeinspritzventil 30 eingespritzten Kraftstoffs zu klein sein, um die Kraftmaschine 20 in ausreichendem Maße zu erwärmen. In dieser Situation kann es vorteilhaft sein, weniger aktive Zylinder 22 zu verwenden, sodass jedes aktive Kraftstoffeinspritzventil 30 und jedes aktive Gaseinlassventil 32 eine größere Menge Kraftstoffe einspritzen bzw. einblasen kann und dadurch in den aktiven Zylindern 22 ein besserer Gasaustausch stattfinden kann, als wenn alle der Zylinder 22 in Betrieb wären. Dementsprechend kann in manchen Situationen eine Untergruppe von Zylindern 22 abgeschaltet werden (d. h. bei einer Untergruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 30 und Gaseinlassventilen 32 kann mit dem Einspritzen bzw. Einblasen von Kraftstoff in die Kraftmaschine 20 aufgehört werden). Das Steuerungsverfahren zum Abschalten jedes Zylinders (oder jeder Untergruppe von Zylindern) und Wiederanschalten jedes Zylinders (oder jeder Untergruppe von Zylindern) wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
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Um den Betrieb der Kraftstoffeinspritzventile 30 und der Gaseinlassventile 32 zu regeln und gezielt Zylinder 22 abzuschalten, steht die Steuerung 81 mit einer Flüssigkraftstoff-Regelung 71 und mindestens einer Gaskraftstoff-Regelung 61/62 in Kommunikation und weist diese an, wie und wann Kraftstoff in die Kraftmaschine 20 einzuspritzen bzw. einzublasen ist. Die Steuerung 81 kann Eingaben von einem oder mehreren Sensoren an der Maschine und in der Kraftmaschine 20 empfangen und kann außerdem Eingaben von einem Bediener empfangen. Die Eingaben von den Sensoren können der Steuerung 81 ein Zylinder-Abschaltereignis anzeigen oder alternativ kann die Eingabe vom Bediener verwendet werden, um das Zylinder-Abschaltereignis von Hand auszulösen. Die Steuerung 81 ist dafür konfiguriert, Signale an die mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelung 71 und die mindestens eine Gaskraftstoff-Regelung 61/62 auszugeben, welche den Modulen die Abschaltanweisungen liefern. Demnach können die Steuerungen 81 eine Notwendigkeit, einen oder mehrere Zylinder 22 abzuschalten, bestimmen und in Reaktion darauf den Betrieb der Kraftstoffeinspritzventile 30 und Gaseinlassventile 32 via die Module 71, 61, 62 anpassen, um besonderen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine 20 und/oder Eingaben vom Bediener Rechnung zu tragen.
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Die Steuerung 81, die mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelung 71 und die mindestens eine Gaskraftstoff-Regelung 61/62 können jeweils einen oder mehrere Mikroprozessoren, feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), digitale Signalprozessoren (DSPs) usw. verkörpern, die Mittel zum Steuern des Betriebs der Kraftmaschine 20 in Reaktion auf verschiedene Eingaben verkörpern. Zahlreiche im Handel erhältliche Mikroprozessoren können so konfiguriert werden, dass sie die Funktionen jeder von der Steuerung 81, der mindestens einen Flüssigkraftstoff-Regelung 71 und der mindestens einen Gaskraftstoff-Regelung 61/62 erfüllen. Der Steuerung 81, der mindestens einen Flüssigkraftstoff-Regelung 71 und der mindestens einen Gaskraftstoff-Regelung 61/62 können verschiedene andere bekannte Schaltungen beigeordnet sein, darunter Stromversorgungsschaltungen, Signalvorverarbeitungsschaltungen, Stellungsreglerschaltungen (z. B. Schaltungen zur Versorgung von Solenoiden, Motoren oder Piezoaktoren), Kommunikationsschaltungen und weitere entsprechende Schaltungen.
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Die Steuerung 81 kann dafür konfiguriert sein, die Zahl der abzuschaltenden Zylinder 22 (d. h. die Zahl der Kraftstoffeinspritzventile 30 und der Gaseinlassventile 32, die daran zu hindern sind, einen zugeordneten Zylinder 22 mit Kraftstoff zu versorgen) zu bestimmen, sodass die Leistungsfähigkeit der Kraftmaschine 20 im Wesentlichen innerhalb eines gewünschten Betriebsbereiches bleibt oder in diesen zurückkehrt. In einem Beispiel kann die Steuerung 81 basierend auf einem Signal von einem oder mehreren Sensoren und/oder basierend auf anderen Eingaben auf einen oder mehrere Verknüpfungspläne, die in einem Speicher gespeichert sind, verweisen. Jeder dieser Pläne kann eine Sammlung von Daten in Form von Tabellen, Diagrammen und/oder Gleichungen umfassen. Ein solcher Verknüpfungsplan kann beispielsweise eine Beziehung zwischen einer gewünschten Ausgabe (d. h. Drehmoment und/oder Drehzahl) der Kraftmaschine und einer Menge Kraftstoff, die eingespritzt bzw. eingeblasen und in der Kraftmaschine verbrannt werden muss, herstellen. Mit demselben oder einem anderen Verknüpfungsplan kann dann die Menge Kraftstoff mit einer Zahl von Kraftstoffeinspritzventilen 30 und Gaseinlassventilen 32, die in Betrieb sein sollten, um die Kraftstoffmenge einzuspritzen bzw. einzublasen und nach wie vor einen gewünschten Wirkungsgrad und/oder eine gewünschte Temperatur der Kraftmaschine 20 beizubehalten, und einer entsprechenden restlichen Zahl von Zylindern 22 (d. h. einer Untergruppe der Zylinder 22), die abgeschaltet werden sollten, in Beziehung gebracht werden. Bei einigen Ausführungsformen kann bei einem Abschalten von Zylindern 22 die Kraftstoffmenge, die in jeden Zylinder 22, der in Betrieb bleibt, eingespritzt bzw. eingeblasen wird, zunehmen, um auf die gleiche mechanische Leistung zu kommen. Die Steuerung 81 kann dafür konfiguriert sein, gleichzeitig zu einer Abschaltung von Zylindern 22 eine verstärkte und proportionale Kraftstoffversorgung zu bestimmen und zu verwirklichen.
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Beim Anpassen des Betriebs der Kraftstoffeinspritzventile 30 kann die Steuerung 81 das (die) Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul(e) 71 anweisen, kraftstoffabgabeverändernde Signale zu erzeugen und an die Kraftstoffeinspritzventile 30 zu senden. Diese Signale können dazu dienen, die Kraftstoffabgabemenge, den Kraftstoffabgabezeitpunkt, den Kraftstoffabgabedruck und/oder die Kraftstoff-Drehmomentbegrenzung einzustellen. Diese kraftstoffabgabeverändernden Signale können entsprechend den Kraftmaschinen-Steuerungskennfeldern, wie beispielsweise Verteilerrohr-Druckkennfeldern, Steuerzeitenkennfeldern, Drehmomentbegrenzungskennfeldern usw., wie allgemein bekannt, erzeugt werden. Die kraftstoffabgabeverändernden Signale können an alle Kraftstoffeinspritzventile 30 ausgegeben werden, die dem bestimmten Flüssigkraftstoff-Modul 71 zugeordnet sind, oder an eine Untergruppe von Kraftstoffeinspritzventilen 30, die dem bestimmten Flüssigkraftstoff-Modul 71 zugeordnet sind.
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In einer Ausführungsform kann eine bestimmte Untergruppe von Zylindern 22 zwischen Abschaltereignissen wechseln oder es kann jeweils eine festgelegte Untergruppe von Zylindern 22 (z. B. der ersten Bank 23 oder der zweiten Bank 24) abgeschaltet werden. Des Weiteren können abgeschaltete und aktive Zylinder 22 wechseln, nachdem sie einem Abschaltzyklus unterworfen worden sind, nachdem abgeschaltete Zylinder wieder angeschaltet worden sind und umgekehrt. Bei einer Zwölfzylinder-Kraftmaschine kann es recht häufig sein, gezielt vier oder sogar sechs der zwölf Zylinder 22 zu sperren. Zwischen Abschaltereignissen kann die Steuerung 81 verschiedene Zylinder 22 auswählen, die in die nächste Untergruppe von Zylindern 22, die abzuschalten sind, einbezogen werden. Auf diese Weise soll kein Zylinder 22 signifikant häufiger in Betrieb oder nicht in Betrieb sein als irgendein anderer Zylinder 22. Jedoch kann in einer Ausführungsform die erste Bank von Zylindern 23 abgeschaltet sein, während die zweite Bank von Zylindern 24 aktiv ist, und nach jedem Abschaltzyklus wechseln die beiden Bänke den Zustand. Der Abschaltzyklus kann eine vorgegebene Zeitdauer, die von der Steuerung 81 festgesetzt ist, umfassen, sodass Zylinder 22 in einem einheitlichen Muster zwischen abgeschaltet und aktiv wechseln. Alternativ kann der Abschaltzyklus Eingaben von verschiedenen Sensoren berücksichtigen, wobei die Eingaben modifizieren, wie lang jeder Abschaltzyklus ist und zwar in Abhängigkeit davon, welche Zylinder abgeschaltet/aktiv sind und welchen Zustand die Kraftmaschine aufweist (z. B. ob eine Seite der Kraftmaschine zu kalt ist, ob eine Fehlfunktion registriert worden ist usw.). Deshalb kann in dieser Ausführungsform der Abschaltzyklus variabel sein und auf der Grundlage von Eingaben von Sensoren und anderen Eingaben verändert werden.
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In einer Ausführungsform können bei einem Übergang von einer abgeschalteten ersten Untergruppe von Zylindern 22 zu einer zweiten Untergruppe alle Zylinder 22 der zweiten Untergruppe als eine Gruppe abgeschaltet werden und zwar in etwa gleichzeitig mit einem Wieder-Freigeben (z. B. Anschalten) einer ersten Untergruppe von Zylindern 22. Bei einer Zwölfzylinder-Kraftmaschine, beispielsweise, bei der sechs Zylinder 22 abgeschaltet worden sind, können die sechs Zylinder 22 der anderen Untergruppe alle gleichzeitig abgeschaltet werden und zwar im Wesentlichen zur gleichen Zeit, zu der die erste Untergruppe von sechs Zylindern 22 wieder freigegeben wird. In den meisten Situationen kann die Zahl der Zylinder 22 in jeder Untergruppe etwa gleich sein. Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch die Zahl der Zylinder 22, die zu irgendeinem Zeitpunkt abgeschaltet sind, variabel sein. Des Weiteren kann zwischen Zylinderabschaltungen eine Zeitverzögerung angewendet werden, sodass es zu Überschneidungen zwischen den abgeschalteten und den aktiven Zylindern kommt.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das offenbarte Kraftmaschinen-Steuerungssystem kann bei jeder Maschine anwendbar sein, die eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, die mit flüssigem und gasförmigem Kraftstoff betrieben wird. Das offenbarte Kraftmaschinen-Steuerungssystem kann eine Zylinderabschaltung bei solch einer Zweistoff-Verbrennungskraftmaschine dadurch verbessern, dass es ermöglicht, gasförmigen Kraftstoff aus den Kraftmaschinenzylindern auszustoßen, bevor die Kraftstoffeinspritzventile für flüssigen Kraftstoff deaktiviert werden. Dies geht Probleme an, die bei einer gewünschten Abschaltung von Zylindern mit einer Phasenverzögerung zwischen der Abgabe von gasförmigem Kraftstoff in die Zylinder und der Verbrennung im Zusammenhang stehen. Außerdem werden dadurch Probleme angegangen, die mit der Regelung des Anteils des flüssigen und des gasförmigen Kraftstoffs in den Zylindern 22 im Zusammenhang stehen, wenn für den flüssigen Kraftstoff und den gasförmigen Kraftstoff separate Regelungsmodule verwendet werden. Im Folgenden wird die Funktionsweise des Kraftmaschinen-Steuerungssystems erläutert.
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Bei Zweistoff-Kraftmaschinen 20 ermöglichen Gaseinlassventile 32, dass gasförmiger Kraftstoff in die Zylinder 22 gelangt, und Einspritzventile 30 spritzen flüssigen Kraftstoff direkt in die Zylinder 22 ein. Der Betrieb der Gaseinlassventile 32 wird von dem einen oder den mehreren Gaskraftstoff-Regelungsmodulen 61, 62 geregelt, während der Betrieb der Einspritzventile 30 von dem einen oder den mehreren Flüssigkraftstoff-Regelungsmodulen 71 geregelt wird. Wegen der zwei verschiedenen Kraftstoffabgabetechniken, die benutzt werden, ist der Betrieb der Gaseinlassventile 32 nicht mit den Kraftstoffeinspritzventilen 30 synchronisiert. Des Weiteren gibt es eine signifikante Phasenverzögerung zwischen dem Betrieb des Gaseinlassventile 32 und der Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffs im Zylinder 22. Deshalb kann die Steuerung 81 nicht zu jedem beliebigen Zeitpunkt mit dem Einblasen von gasförmigem Kraftstoff simultan mit dem Einspritzen von flüssigem Kraftstoff aufhören. Darüber hinaus können die Kommunikationssignale über das Kommunikationsnetz nicht synchronisiert werden. Demzufolge ist es vorteilhaft, zunächst die Abgabe von gasförmigem Kraftstoff in die Zylinder zu sperren, während die Einspritzung von flüssigem Kraftstoff fortgesetzt wird, um ein Verbrennen des gasförmigen Kraftstoffs in den Zylindern 22 zu ermöglichen, bevor eine Abschaltung ausgelöst wird.
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Mit Bezug auf 2 wird die Funktionsweise des Kraftmaschinen-Steuerungssystems aufgezeigt. Das Steuerungsverfahren umfasst ein Betreiben einer Zweistoff-Verbrennungskraftmaschine (Schritt 200), wobei die Verbrennungskraftmaschine mehrere Zylinder aufweist, die dafür ausgelegt sind, einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff aufzunehmen. Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine empfängt die Steuerung 81 Eingaben (Schritt 201) von verschiedenen Sensoren in der Verbrennungskraftmaschine, an der Maschine, welche die Kraftmaschine trägt, und vom Bediener. Sensoreingaben können u. a. Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinendrehzahl, Kraftmaschinendrehmoment, Kühlmitteltemperatur, Öltemperatur, Saugrohrtemperatur, Umgebungslufttemperatur und Zulufttemperatur sein. Bedienereingaben können von Hand ausgelöste Eingaben von einem Maschinenführer oder Systembediener umfassen, die der Steuerung 81 anzeigen, dass bestimmte Maßnahmen zu ergreifen sind, wie etwa Eintreten in einen Zylinderabschaltmodus oder Verlassen des Zylinderabschaltmodus. Die Steuerung 81 empfängt diese Eingaben und überwacht ihre Werte, um zu bestimmen, ob die Sensorsignale innerhalb eines vorher festgelegten Bereiches sind. Der vorher festgelegte Bereich kann gewünschte oder akzeptable Bereiche, bevor die Kraftmaschine in den Zylinderabschaltmodus eintreten kann, umfassen. Schließlich führt die Steuerung 81 eine Überwachung hinsichtlich Diagnosefehler im Zusammenhang mit der Kraftmaschine, darunter Bauteilversagen, fehlgeschlagene Prozesse oder fehlgeschlagene Überprüfungen, die normalerweise von der Steuerung 81 und/oder einem separaten Controller verarbeitet werden, durch.
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Als Nächstes kann die Steuerung 81 anhand der Eingaben ein Zylinder-Abschaltereignis bestimmen (Schritt 202). In einer Ausführungsform bestimmt die Steuerung 81 ein Zylinder-Abschaltereignis, wenn seit einer vorgegebenen Zeitdauer die Kraftmaschinenlast unter einer Schwellenlast ist und die Kraftmaschinendrehzahl unter einer Schwellendrehzahl ist. In anderen Ausführungsformen bestimmt die Steuerung 81 zusätzlich ein Zylinder-Abschaltereignis, indem sie außerdem bestimmt, ob eine oder mehrere von einer Kühlmitteltemperatur, einer Saugrohrtemperatur, einer Umgebungstemperatur und einer Zulufttemperatur innerhalb eines vorher festgelegten Bereiches sind, und bestimmt, dass keine Diagnosefehler ausgelöst worden sind. In noch einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Steuerung 81 ein Zylinder-Abschaltereignis bei einem Empfangen einer Zylinderabschaltmodus-Eingabe vom Bediener. Wenn kein Zylinder-Abschaltereignis bestimmt wird (Schritt 202, nein), dann springt der Prozess wieder zu Schritt 201 zurück und das Empfangen von Eingaben wird fortgesetzt, bis die Steuerung 81 das Zylinder-Abschaltereignis bestimmen kann. Nachdem ein Zylinder-Abschaltereignis bestimmt worden ist (Schritt 202, ja), kann die Steuerung 81 in den Zylinderabschaltmodus eintreten (Schritt 203).
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3 ist ein Ablaufplan für die Steuerung 81 im Zylinderabschaltmodus. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 81 bei Bestimmung eines Zylinder-Abschaltereignisses (Schritt 202, ja) und Eintritt in den Zylinderabschaltmodus (Schritt 203) eine Untergruppe von abzuschaltenden Zylindern identifizieren (Schritt 204). Die Untergruppe kann einen oder mehrere Zylinder oder eine oder mehrere Zylinderbänke umfassen. Die Untergruppe von Zylindern kann auch alle aktiven Zylinder oder eine Untergruppe der aktiven Zylinder umfassen, wobei eine andere Untergruppe von Zylindern bereits abgeschaltet ist (z. B. um die Untergruppe der abgeschalteten Zylinder abwechseln zu lassen).
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Bevor die im Schritt 204 identifizierte Untergruppe von Zylindern abgeschaltet wird, kann die Steuerung 81 in einen Nur-Flüssigkraftstoff-Modus für alle aktiven Zylinder eintreten (Schritt 205). Der Nur-Flüssigkraftstoff-Modus umfasst, dass die Steuerung 81 das eine oder die mehreren Flüssigkraftstoff-Regelungsmodule 71 und das eine oder die mehreren Gaskraftstoff-Regelungsmodule 61, 62 anweist, mit der Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff in die aktiven Zylinder allmählich aufzuhören, während weiterhin flüssiger Kraftstoff eingespritzt wird. Die Durchflussmenge und die Dauer des Einspritzens von flüssigem Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzventile 30 können von den Flüssigkraftstoff-Regelungsmodulen 71 erhöht bzw. verlängert oder anderweitig verändert werden, um den Rückgang beim gasförmigen Kraftstoff im Zylinder 22 auszugleichen, damit eine konstante Leistungsabgabe der Kraftmaschine oder eine konstant geregelte Kraftmaschinendrehzahl beibehalten wird. Während dieses Prozesses weist die Steuerung 81 das eine oder die mehreren Gaskraftstoff-Regelungsmodule 61, 62 an, die Menge des gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff, ausgehend von einer anfänglichen Menge, über eine Auslaufphase für die mehreren Zylinder zu verringern. In einigen Ausführungsformen wird die Menge des gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff auf null verringert (z. B. wird in die aktiven Zylinder nur flüssiger Kraftstoff eingebracht).
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Sobald die aktiven Zylinder der Kraftmaschine 20 im Nur-Flüssigkraftstoff-Modus arbeiten (d. h. nur mit flüssigem Kraftstoff betrieben werden), weist die Steuerung 81 das mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 an, die identifizierte Untergruppe von abzuschaltenden Zylindern vom Schritt 204 abzuschalten (Schritt 207). Gleichzeitig mit oder unmittelbar nach der Abschaltung im Schritt 207 weist die Steuerung 81 das mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 an, eine aktive Untergruppe von Zylindern weiterhin zu betreiben (Schritt 206). In diesem Schritt wird die aktive Untergruppe von Zylindern durch die Kraftstoffeinspritzventile 30 weiterhin mit Kraftstoff versorgt und wird im Nur-Flüssigkraftstoff-Modus betrieben. Nachdem die identifizierte Untergruppe von Zylindern abgeschaltet worden ist und die aktive Untergruppe von Zylindern beibehalten worden ist, kann die Steuerung 81 das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmoduls 61, 62 und das mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 anweisen, für die aktive Untergruppe von Zylindern in einen Zweistoffmodus einzutreten (Schritt 208). In diesem Schritt erhöhen das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmodul 61, 62 und das mindestens eine Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 die Menge des gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff über eine Anlaufphase für die aktive Untergruppe von Zylindern. Sobald die Anlaufphase erreicht worden ist, wird das entsprechende Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff zu flüssigem Kraftstoff bedarfsgerecht, entsprechend den vorstehend beschriebenen Verknüpfungsplänen in die aktiven Zylinder eingebracht. In einigen Ausführungsformen zieht dies ein Erhöhen der Menge gasförmigen Kraftstoffs bis zu einer anfänglichen Menge (z. B. vor dem Nur-Flüssigkraftstoff-Modus) nach sich.
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Wenn im Schritt 208 der Zweistoffmodus für die aktive Untergruppe von Zylindern erreicht worden ist, fährt die Steuerung 81 damit fort, die aktive Untergruppe von Zylindern in einem Abschaltzyklus zu betreiben. Der Abschaltzyklus ist eine Zeitspanne, in der die Kraftmaschine mit einer Untergruppe von Zylindern läuft und eine andere Untergruppe von Zylindern abgeschaltet wird. Wie bereits beschrieben, kann die Dauer dieser Zeitspanne durch verschiedene Eingaben beeinflusst werden oder sie kann einheitlich sein. Demzufolge kann die Steuerung bestimmen, ob ein Abschaltzyklus erreicht worden ist (Schritt 209), wonach der Prozess wieder zum Schritt 204 zurückkehrt und die Steuerung 81 eine andere Untergruppe von abzuschaltenden Zylindern identifiziert. Der Prozess kann bei jedem Arbeitstakt bei verschiedenen Untergruppen von Zylindern, die abgeschaltet bzw. wieder angeschaltet werden oder zum Wechseln zwischen zwei oder mehr Bänken von Zylindern, die wieder angeschaltet oder abgeschaltet werden, wiederholt werden. Wenn der Abschaltzyklus im Schritt 209 nicht erreicht worden ist, kann die Steuerung 81 weiterhin Eingaben überwachen (Schritt 210) und die aktive Untergruppe von Zylindern beibehalten, bis Sensordaten, Bedienereingaben oder andere Eingaben bei der Steuerung 81 das Verlassen des Zylinderabschaltmodus auslösen (Schritt 211).
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Wenn im Schritt 209 ein Abschaltzyklus erreicht worden ist, kann die Steuerung 81 eine zweite Untergruppe von abzuschaltenden Zylindern identifizieren, für die aktiven Zylindern in den Nur-Flüssigkraftstoff-Modus eintreten, die zweite Untergruppe von Zylindern abschalten, während eine weitere aktive Untergruppe von Zylindern beibehalten wird, und dann für die weitere aktive Untergruppe von Zylindern in den Zweistoffmodus eintreten. Dieser Prozess kann fortgesetzt werden, bis der Zylinderabschaltmodus verlassen wird (Schritt 211). Des Weiteren kann die Steuerung 81 den Zylinderabschaltmodus an jedem Punkt des Prozesses verlassen und kann alle Zylinder 22 der Kraftmaschine 20 wieder anschalten. Dies kann aufgrund von Sensoreingaben oder Bedienereingaben erforderlich sein.
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Damit der Zylinderabschaltmodus verlassen werden kann, müssen die abgeschalteten Zylinder wieder angeschaltet werden. Dafür tritt die Steuerung 81 für die aktive Untergruppe von Zylindern in den Nur-Flüssigkraftstoff-Modus ein. Im Nur-Flüssigkraftstoff-Modus werden die aktiven Zylinder, die momentan im Zweistoffmodus arbeiten, auf einen Betrieb mit ausschließlich flüssigem Kraftstoff umgestellt. Die Steuerung 81 weist das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmodul 61, 62 an, mit dem Einblasen von gasförmigem Kraftstoff aufzuhören, während sie gleichzeitig das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 anweist, über eine Auslaufphase flüssigen Kraftstoff in eine aktive Untergruppe von Zylindern einzuspritzen. Sobald die Kraftmaschine im Nur-Flüssigkraftstoff-Modus läuft (z. B. nur die Kraftstoffeinspritzventile für flüssigen Kraftstoff benutzt werden), schalten die Steuerungen nach der Auslaufphase alle Zylinder 22 der Kraftmaschine 20 wieder an, indem sie das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 anweisen, in die abgeschaltete Untergruppe von Zylindern flüssigen Kraftstoff einzuspritzen. Sobald alle Zylinder aktiv sind und den flüssigen Kraftstoff verbrennen, tritt die Steuerung 81 für alle Zylinder in den Zweistoffmodus ein, indem sie das mindestens eine Gaskraftstoff-Regelungsmodul 61, 62 anweist, über eine Anlaufphase die Menge des gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff zu erhöhen. Das Flüssigkraftstoff-Regelungsmodul 71 kann die Einleitung von gasförmigem Kraftstoff ausgleichen, indem entsprechend den vorstehend beschriebenen Verknüpfungsplänen mehr oder weniger flüssiger Kraftstoff eingespritzt wird.
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Deshalb geht jeder Zylinderabschaltvorgang mit einem ersten Übergang in einen Nur-Flüssigkraftstoff-Modus einher, in dem kein gasförmiger Kraftstoff in die Zylinder eingebracht wird und die Kraftstoffeinspritzventile weiterhin flüssigen Kraftstoff in die aktiven Zylinder einspritzen. Wenn erst einmal über eine Auslaufphase in den Zylindern der gasförmige Kraftstoff verbrennt, können die identifizierten Zylinder abgeschaltet werden. Sobald sie abgeschaltet sind, kann wieder gasförmiger Kraftstoff in die aktiven Zylinder eingebracht werden. Der Prozess wird wiederholt, wenn die aktiven/abgeschalteten Zylinder wechseln oder verändert werden.
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Es wird eine Ausführungsform des Kraftmaschinen-Steuerungssystems, wie im Diagramm von 4 gezeigt, dargestellt, um die Beziehung zwischen dem Anteil des gasförmigen Kraftstoffs und dem Anteil des flüssigen Kraftstoffs im Zylinder über der Zeit aufzuzeigen. Die Kraftstoffeinspritzventile 30 bringen flüssigen Kraftstoff durch Direkteinspritzung direkt in die Zylinder 22 ein. Deshalb können die Kraftstoffeinspritzventile 30 mit minimaler Zeitverzögerung oder Phasendifferenz zwischen Einspritzung und Kurbelwellen-Winkelstellung abgestellt bzw. in Gang gesetzt werden. Die Gaseinlassventile 32 bringen gasförmigen Kraftstoff stromaufwärts von den Zylindern ein, wodurch eine Verzögerung zwischen Einlass und Verbrennung hervorgerufen wird. Um einen Einschluss von gasförmigem Kraftstoff in einem abgeschalteten Zylinder zu verhindern, wird deshalb in einer Ausführungsform mit dem gasförmigen Kraftstoff über eine Auslaufphase aufgehört, während die Kraftstoffeinspritzventile für flüssigen Kraftstoff weiterbetrieben werden, wobei sie in den Nur-Flüssigkraftstoff-Modus eintreten. Dies ermöglicht ein Verbrennen des gasförmigen Kraftstoffs im Zylinder und ein Weiterarbeiten des Zylinders mit flüssigem Kraftstoff. Nachdem in der Auslaufphase sämtlicher gasförmiger Kraftstoff verbrannt worden ist, kann das Kraftstoffeinspritzventil für flüssigen Kraftstoff abgestellt werden und der Zylinder wird abgeschaltet.
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In 4 ist zum Zeitpunkt t1 der Übergang von einem vorher abgeschalteten Zylinder zu einem wieder angeschalteten Zylinder gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzventile 30 der vorher abgeschalteten Zylinder werden in Gang gesetzt, wie durch die Linie 152 zum Zeitpunkt t1 dargestellt ist. Über die Anlaufphase hinweg, durch die Linie 156 dargestellt und zwischen den Zeiten t1 und t2, lässt das Gaseinlassventil gasförmigen Kraftstoff in den Zylinder ein. Sobald zum Zeitpunkt t2 die Anlaufphase beendet ist, arbeitet der Zylinder im Zweistoffbetrieb, dargestellt durch die Linie 158 und zwischen den Zeiten t2 und t3. Die Menge des flüssigen Kraftstoffs, die eingespritzt wird, kann in dem Maße verändert werden, wie mehr gasförmiger Kraftstoff eingespritzt wird, dargestellt durch die punktierte Linie 155. Nach Abschluss eines Abschaltzyklus oder bei einer alternativen Eingabe kann die Steuerung 81 den Zylinder für eine Abschaltung zum Zeitpunkt t3 identifizieren. Um den Zylinder abzuschalten, wird bei dem Zylinder in den Nur-Flüssigkraftstoff-Modus übergegangen und die Menge des gasförmigen Kraftstoffs wird im Verhältnis zum flüssigen Kraftstoff über eine Auslaufphase, dargestellt durch die Linie 157 und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4, verringert. Wenn der Zylinder erst einmal im Nur-Flüssigkraftstoff-Modus arbeitet und der gasförmige Kraftstoff über die Auslaufphase hinweg im Zylinder verbrannt worden ist, kann der Zylinder zum Zeitpunkt t4 abgeschaltet werden. Die Kraftstoffeinspritzventile 30 hören an der Linie 153 mit dem Einspritzen von flüssigem Kraftstoff in den Zylinder auf. Das Diagramm von 4 stellt eine Ausführungsform des Kraftmaschinen-Steuerungsverfahrens dar. Die Beziehung zwischen der Menge jedes Kraftstoffs und den im Diagramm gezeigten Beträgen ist nicht maßstäblich. Die Mengen des gasförmigen Kraftstoffs und des flüssigen Kraftstoffs, die in die Zylinder eingebracht werden, werden mittels Verknüpfungsplänen, vorstehend beschrieben, geregelt und werden von der Steuerung 81 und jeweiligen Modulen geregelt.
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Mit dem vorliegenden Kraftmaschinen-Steuerungssystem können verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik verbunden sein. Diese umfassen ein Bereitstellen einer robusten Abschaltstrategie, wenn zur Versorgung der Kraftmaschine gasförmiger Kraftstoff und flüssiger Kraftstoff verwendet werden. Insbesondere bei Schwachlastbetrieb bietet das vorliegende Kraftmaschinen-Steuerungssystem ein Verfahren zum Abschalten von Zweistoff-Zylindern, das potenzielle doppelte Zündungen aufgrund von übrig gebliebenem gasförmigem Kraftstoff ausschließt. Des Weiteren kann das vorliegende Kraftmaschinen-Steuerungssystem ermöglichen, dass eine Zweistoff-Kraftmaschine läuft und Zylinder abschaltet, während sie mit gasförmigem Kraftstoff geringerer Qualität arbeitet als bei üblichen Verfahren.
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Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Kraftmaschinen-Steuerungssystem vorgenommen werden können. Weitere Ausführungsformen werden dem Fachmann bei der Betrachtung der Beschreibung und bei der Umsetzung des offenbarten vorliegenden Kraftmaschinen-Steuerungssystems offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Schutzbereich von den folgenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten angegeben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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