DE102018109673A1 - Verfahren und system zur steuerung der kraftstoffeinspritzung - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Systeme zum Anpassen eines Kraftstoffdirekteinspritzungsaufteilungsverhältnisses und eines Einspritzzeitpunkts in einem Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis werden bereitgestellt. In einem Beispiel ist, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, das Aufteilungsverhältnis von Kraftstoff, der während eines Ansaugtakts relativ zu einem Verdichtungstakt eingespritzt wird, erhöht, wobei ein Beginn der Ansaugtakteinspritzung verzögert und ein Beginn der Verdichtungstakteinspritzung vorgezogen ist. Außerdem können das Kraftstoffdirekteinspritzungsaufteilungsverhältnis und der Einspritzzeitpunkt als Reaktion auf eine Vorzündungs- oder Klopfangabe weiter angepasst werden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einem Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis.
  • Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
  • Ein Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors ist als ein Verhältnis eines Zylindervolumens, wenn sich ein Kolben innerhalb des Zylinders am unteren Totpunkt (UT) befindet, zum Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet, definiert. Im Allgemeinen gilt: je höher das Verdichtungsverhältnis, desto höher der Wärmewirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Dies sorgt wiederum für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz und ein höheres Verhältnis der abgegebenen zur aufgenommenen Energie des Motors. In herkömmlichen Motoren ist das Verdichtungsverhältnis festgelegt, weshalb der Motorwirkungsgrad während unterschiedlichen Betriebsbedingungen nicht optimiert werden kann, um die Kraftstoffeffizienz und die Leistung des Motors zu verbessern. Bei Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis (variable compression ratio - VCR) kann der Motor jedoch mit verschiedenen Mechanismen zum mechanischen Verändern des Volumenverhältnisses zwischen dem OT des Kolbens und dem UT des Kolbens ausgestattet sein, welche das Variieren des Verdichtungsverhältnisses gestatten, wenn sich die Motorbetriebsbedingungen ändern. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der VCR-Motor mit einem mechanischen Hubraumänderungsmechanismus (z. B. einem Exzenter) konfiguriert sein, welcher den Kolben näher zum Zylinderkopf oder weiter weg davon bewegt, wodurch die Größe der Brennkammern verändert wird. Noch andere Motor können ein Zylinderkopfvolumen mechanisch verändern.
  • VCR-Motoren können mindestens teilweise durch Direkteinspritzung (hier nachfolgend ebenfalls als „DI“ (direct injection) bezeichnet) mit Kraftstoff versorgt werden, wobei Kraftstoff direkt in die Motorzylinder eingespritzt wird. Der Zeitpunkt der Direkteinspritzung kann als eine Funktion der Kurbelwellenposition ausgewählt werden und kann für eine Dauer geplant werden. Ferner können Direkteinspritzungen während eines Ansaugtakts, eines Verdichtungstakts oder einer Kombination von beiden geplant werden, was als Aufteilungseinspritzung bezeichnet wird. Bei herkömmlichen Motoren entspricht die Kurbelwellenposition einer spezifischen Position des Kolbens relativ zum Zylinderkopf. Bei einem VCR-Motor kann sich, da die Position des Kolbens relativ zum Zylinderkopf auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses geändert werden kann, der tatsächliche Einspritzzeitpunkt von dem beabsichtigten unterscheiden, wenn er auf der Grundlage der Kurbelwellenposition ausgewählt wird. Während des Ansaugtakts, während sich der Kolben nach unten bewegt, wird sich der Kolben zum Beispiel höher in der Zylinderbohrung bei einem höheren Verdichtungsverhältnis relativ zu einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis befinden und somit würde die Direkteinspritzung bei derselben Kurbelwellenposition zu unterschiedlichen tatsächlichen Einspritzzeitpunkten für die beiden Verdichtungsverhältnisse führen. Wenn sich der Kolben in der Nähe der Kraftstoffeinspritzvorrichtung befindet, während die Kraftstoffeinspritzung stattfindet, kann mehr Kraftstoff am Kolben anhaften, was zu erhöhten Feinstaubemissionen führt.
  • Ein beispielhafter Ansatz zum Anpassen der Kraftstoffdirekteinspritzung auf der Grundlage eines Verdichtungsverhältnisses in einem VCR-Motor wird durch Kurashima et al. in U.S. 9,291,108 gezeigt. Darin wird Kraftstoff entweder als eine Ansaugtakt-Direkteinspritzung oder eine Verdichtungstakt-Direkteinspritzung eingespritzt. Wenn sich ein Verdichtungsverhältnis erhöht, wird der Zeitpunkt der Ansaugtakteinspritzung verzögert, wenn Ansaugtakteinspritzung angewendet wird. Andernfalls, wenn Verdichtungstakteinspritzung angewendet wird, wird der Zeitpunkt der Verdichtungstakteinspritzung vorgezogen, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht. Außerdem wird die Verdichtungstakteinspritzung in eine größere Anzahl an Aufteilungseinspritzungen aufgeteilt, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht. Als ein Ergebnis wird der Einspritzzeitraum für jede Einspritzung verkürzt, was die Penetration des Kraftstoffnebels und dadurch die Emissionen reduziert.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch erkannt, dass noch weitere Verbesserungen der Verbrennungsleistung erreicht werden können, indem die unterschiedlichen Verdampfungseigenschaften eines eingespritzten Kraftstoffs ausgenutzt werden, wenn der Motor bei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen arbeitet. Zum Beispiel kann Kraftstoff im Verdichtungstakt leichter verdampfen, wodurch weniger Kraftstoffmasse abgegeben werden muss. Außerdem wird die Verbrennungsstabilität bei höheren Verdichtungsverhältnissen verbessert. Die unterschiedlichen Kraftstoffverdampfungseigenschaften können mit den unterschiedlichen Ladungskühlungseffekten, die durch das Einspritzen von Kraftstoff in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt realisiert werden, weiter ausgenutzt werden, um die Neigung für abnormale Verbrennungsereignisse zu reduzieren, die aufgrund des längeren Motorbetriebs bei einem höheren Verdichtungsverhältnis auftreten können. Darüber hinaus kann bei höheren Verdichtungsverhältnissen weniger Verdichtungstakteinspritzung verwendet werden, da ein kleineres Zylindervolumen beim OT relativ zu einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis ein ausreichend fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe einer Zündkerze erzeugt, um Verbrennung zu ermöglichen.
  • In einem Beispiel kann die Leistung eines VCR-Motors durch ein Verfahren für einen Motor verbessert werden, das Folgendes umfasst: Betätigen eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis eines Zylinders zum Bereitstellen eines Verdichtungsverhältnisses, das auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt ist; und Anpassen einer Menge an Kraftstoff, die direkt in den Zylinder in einem Ansaugtakt relativ zu einem Verdichtungstakt auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses eingespritzt wird. Auf diese Weise kann Kraftstoff als eine Aufteilungseinspritzung über einen Ansaugtakt und einen Verdichtungstakt abgegeben werden, wobei das Aufteilungsverhältnis für ein gegebenes Verdichtungsverhältnis angepasst ist, wodurch die Kraftstoffverdampfung und die Verbrennungsstabilität verbessert werden.
  • Als ein Beispiel können ein Verdichtungsverhältnis des Motorbetriebs sowie eine abzugebende Kraftstoffgesamtmasse auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt werden, die Motordrehzahl/-last und Bedienerdrehmomentbedarf beinhaltet. Auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses kann ein Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis betätigt werden, um einen kolbentotraum zu variieren. Außerdem kann die Kraftstoffgesamtmasse als eine Aufteilungsdirekteinspritzung abgegeben werden, wobei ein erster Anteil der Kraftstoffgesamtmasse in dem Ansaugtakt abgegeben wird und ein zweiter, übriger Anteil der Kraftstoffgesamtmasse in dem Verdichtungstakt abgegeben wird. Wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, kann das Aufteilungsverhältnis des ersten Ansaugtaktanteils zu dem zweiten Verdichtungstaktanteil variiert werden, sodass ein größerer Anteil der Kraftstoffgesamtmasse in dem Ansaugtakt abgegeben wird. Hier kann die in dem Verdichtungstakt abgegebene Kraftstoffmasse verringert werden, um den Vorteil der verbesserten Verdampfung des Kraftstoffs zu nutzen, der in dem Verdichtungstakt bei höheren Verdichtungsverhältnissen eingespritzt wird. Gleichzeitig kann durch das Abgeben einer größeren Kraftstoffmasse im Betrieb bei dem höheren Verdichtungsverhältnis der erhöhte Ladungskühlungseffekt der Ansaugtakteinspritzung ausgenutzt werden, um die Neigung für abnormale Verbrennungsereignisse, wie zum Beispiel Klopfen und Vorzündung, zu reduzieren, wenn bei dem höheren Verdichtungsverhältnis gearbeitet wird. Ferner können mehrere Ansaugtakteinspritzungen kurzer Dauer verwendet werden, um die Kraftstoffpenetration zu verringern, insbesondere dann, wenn Tumble am höchsten ist, wodurch der Aufprall von Kraftstoff auf Zylinderwände und die Oberseite des Kolbens vermieden wird und wiederum die Rußbildung reduziert wird. Das Aufteilungsverhältnis kann ferner auf der Grundlage eines Alkoholgehalts oder einer Oktanzahl des eingespritzten Kraftstoffs angepasst werden, wie zum Beispiel durch das weitere Reduzieren des Anteils an Kraftstoff, der in dem Verdichtungstakt abgegeben wird, wenn sich der Alkoholgehalt des Kraftstoffs erhöht. Zusätzlich zum Anpassen des Kraftstoffaufteilungsverhältnisses kann ebenfalls ein Zeitpunkt der Einspritzungen angepasst werden, wie zum Beispiel durch das verzögern des Beginns des Zeitpunkts der Ansaugtakteinspritzung während des Vorziehens des Beginns des Zeitpunkts der Verdichtungstakteinspritzung, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht. Ferner kann jede der Ansaugtakt- und der Verdichtungstakteinspritzung in mehrere Einspritzungen aufgeteilt werden.
  • Auf diese Weise kann ein Kraftstoffeinspritzprofil, einschließlich des Kraftstoffaufteilungsverhältnisses, des Einspritzzeitpunkts und der Einspritzanzahl, auf der Grundlage eines ausgewählten Verdichtungsverhältnisses angepasst werden, um die Motorleistung zu verbessern. Der technische Effekt des Reduzierens der Kraftstoffmasse, die in einem Verdichtungstakt eingespritzt wird, während des entsprechenden Erhöhens der Kraftstoffmasse, die in dem Ansaugtakt eingespritzt wird, während sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, besteht darin, dass die erhöhte Verdampfung des Kraftstoffs in einem Verdichtungstakt bei höheren Verdichtungsverhältnissen ausgenutzt werden kann, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern. Gleichzeitig kann der höhere Ladungskühlungseffekt der Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung ausgenutzt werden, um das Auftreten von Klopfen und Vorzündung zu reduzieren. Durch das Reduzieren der Neigung für abnormale Verbrennung wird die Kraftstoffeffizienz aufgrund des reduzierten Bedarfs für Spätzündung oder Zylinderanreicherung verbessert und die Lebensdauer der Komponenten des Motors wird verlängert. Ferner kann der Motor für einen längeren Zeitraum mit einem Verdichtungsverhältnis mit besserer Kraftstoffeffizienz betrieben werden. Durch das Anpassen des Einspritzzeitpunkts auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses während der Berücksichtigung des VCR-Mechanismus zum Bereitstellen des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses kann Kraftstoff bei einer optimalen Kolbenhöhe innerhalb eines Zylinders eingespritzt werden, was die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben und wiederum Feinstaubemissionen reduziert.
  • Man wird verstehen, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert wird. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Motorsystem, das mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis konfiguriert ist.
    • 2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Anpassen eines Kraftstoffdirekteinspritzungsaufteilungsverhältnisses und -zeitpunkts auf der Grundlage eines ausgewählten Verdichtungsverhältnisses in einem Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis.
    • 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum weiteren Anpassen des Kraftstoffdirekteinspritzungsaufteilungsverhältnisses und -zeitpunkts als Reaktion auf eine Angabe einer abnormalen Verbrennung in dem Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis.
    • 4 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Zylinderverdichtungsverhältnis und einem Anteil an Kraftstoff, der während eines Ansaugtakts und eines Verdichtungstakts eingespritzt wurde, veranschaulicht.
    • 5 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches veranschaulicht, wie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt relativ zu einem Kurbelwinkel für einen Motor mit hohem Verdichtungsverhältnis gegenüber niedrigem Verdichtungsverhältnis angepasst wird.
    • 6 stellt ein prognostisches Beispiel für Anpassungen des Verdichtungsverhältnisses und des Kraftstoffaufteilungsverhältnisses während des Motorbetriebs dar.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Anpassen einer Kraftstoffdirekteinspritzungsaufteilungsverhältnisses und eines Einspritzzeitpunks in einem Motorsystem, das mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis (VCR) ausgestattet ist, wie zum Beispiel dem beispielhaften Motorsystem aus 1. Durch das Betätigen des VCR-Mechanismus kann eine Position eines Kolbens innerhalb eines Zylinders des Motors und daher ein Verdichtungsverhältnis des Motors variiert werden, was Verbesserungen des Wärmewirkungsgrads gestattet. Eine Steuerung kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine, wie zum Beispiel die beispielhafte Routine aus 2, durchzuführen, um das Kraftstoffaufteilungsverhältnis und den Einspritzzeitpunkt auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses des Motors zu variieren, wie zum Beispiel in den beispielhaften Diagrammen aus den 4 bzw. 5 veranschaulicht. Als Reaktion auf eine Angabe einer abnormalen Verbrennung, wie zum Beispiel Klopfen oder Vorzündung, kann die Steuerung abschwächende Handlungen durchführen, um eine weitere abnormale Verbrennung zu verhindern, zum Beispiel gemäß dem Verfahren aus 3. Ein beispielhafter Motorbetrieb mit Anpassungen des Verdichtungsverhältnisses, des Kraftstoffaufteilungsverhältnisses und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts wird in 6 gezeigt. Auf diese Weise können Einspritzzeitpunkte und -mengen für ein gegebenes Verdichtungsverhältnis optimiert werden, wodurch die Verbrennungsstabilität erhöht und der Motorwirkungsgrad über einen Bereich von Motorbetriebsbedingungen maximiert wird.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Brennkammer (hier ebenfalls als „Zylinder“ bezeichnet) 14 eines Verbrennungsmotors 10, der in einem Personenkraftwagen enthalten sein kann. Der Motor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuersystem, zu dem eine Steuerung 12 gehört, und eine Eingabe von einem Bediener 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals (pedal position - PP). Der Zylinder 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 beinhalten. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassmotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
  • Der Motor 10 kann als VCR-Motor konfiguriert sein, wobei das Verdichtungsverhältnis (compression ratio - CR) von jedem Zylinder - ein Verhältnis eines Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt (UT) befindet, zu einem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet - mechanisch geändert werden kann. Das CR des Motors kann über einen VCR-Aktor 192 variiert werden, das einen VCR-Mechanismus 194 betätigt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das CR zwischen einem ersten, niedrigerem CR (bei dem das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am UT befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am OT befindet, niedriger ist) und einem zweiten, höheren CR (bei dem das Verhältnis höher ist) variiert werden. In noch an deren beispielhaften Ausführungsformen kann eine vordefinierte Anzahl an gestuften Verdichtungsverhältnissen zwischen dem ersten, niedrigerem CR und dem zweiten, höheren CR vorhanden sein. Ferner kann das CR zwischen dem ersten, niedrigeren CR und dem zweiten, höheren CR (zu jedem beliebigen CR dazwischen) kontinuierlich variabel sein.
  • Im dargestellten Beispiel ist der VCR-Mechanismus 194 derart an den Kolben 138 gekoppelt, dass der VCR-Mechanismus die OT-Position des Kolbens ändern kann. Zum Beispiel kann der Kolben 138 über den VCR-Mechanismus 194 an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, wobei es sich um einen Kolbenpositionsänderungsmechanismus handeln kann, der den Kolben näher zu de, Zylinderkopf oder weit weg davon bewegen kann, wodurch die Position des Kolbens und dadurch die Größe der Brennkammer 14 verändert wird. Ein Positionssensor 196 kann an den VCR-Mechanismus 194 gekoppelt sein und kann zum Bereitstellen von Rückkopplung für die Steuerung 12 in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus 194 (und dadurch das CR) des Zylinders konfiguriert sein.
  • In einem Beispiel ändert sich durch die Änderung der Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer auch der relative Hub des Kolbens innerhalb des Zylinders. Der VCR-Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition kann an ein herkömmliches Kurbelgetriebe oder ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe gekoppelt sein. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe, an welches der VCR-Mechanismus gekoppelt sein kann, beinhalten Hauptkurbelwellen mit variabler Distanz und Kurbelwellen mit variabler kinematischer Länge. In einem Beispiel kann die Kurbelwelle 140 als eine Exzenterwelle ausgelegt sein. In einem anderen Beispiel kann ein Exzenter an einen Kolbenbolzen oder in dessen Bereich gekoppelt sein, wobei der Exzenter die Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer ändert. Die Bewegung des Exzenters kann durch Ölkanäle in der Kolbenstange gesteuert werden.
  • Es versteht sich, dass noch andere VCR-Mechanismus, welche das Verdichtungsverhältnis mechanisch ändern, verwendbar sind. Zum Beispiel kann das CR des Motors über einen VCR-Mechanismus variiert werden, welcher ein Zylinderkopfvolumen (sprich, der Schadraum im Zylinderkopf) ändert. In einem anderen Beispiel kann der VCR-Mechanismus einen auf hydraulischen Druck reagierenden, einen auf Luftdruck reagierenden oder einen mechanisch reagierenden Kolben beinhalten. Darüber hinaus kann der VCR-Mechanismus einen Mechanismus mit mehreren Verbindungen, einen Mechanismus mit gebogenem Kolben oder andere VCR-Mechanisierungen beinhalten.
  • Es versteht sich, dass der VCR-Motor im hier verwendeten Sinne dazu ausgelegt sein kann, das CR des Motors über mechanische Einstellungen einzustellen, welche eine Kolbenposition oder ein Zylinderkopfvolumen variieren. Daher beinhalten VCR-Mechanismen keine CR-Einstellungen, die über Einstellungen der Ventil- oder Nockenansteuerung erreicht werden.
  • Durch die Einstellung der Position des Kolbens innerhalb des Zylinders lässt sich ein effektives (statisches) Verdichtungsverhältnis des Motors (z. B. eine Differenz zwischen den Zylindervolumen am OT relativ zum UT) variieren. In einem Beispiel beinhaltet eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses eine Reduzierung eines Hubs des Kolbens innerhalb der Brennkammer durch Vergrößern einer Distanz zwischen einem oberen Teil des Kolbens von einem Zylinderkopf. Zum Beispiel kann der Motor mit einem ersten, niedrigeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, indem die Steuerung ein Signal an den VCR-Aktor 192 sendet, dass der VCR-Mechanismus 194 auf eine erste Position betätigt wird, in welcher der Kolben einen kleineren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. Als ein anderes Beispiel kann der Motor mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, indem die Steuerung ein Signal an den VCR-Aktor 192 sendet, dass der VCR-Mechanismus 194 auf eine zweite Position betätigt wird, in welcher der Kolben einen größeren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. Änderungen des Motorverdichtungsverhältnisses können auf vorteilhafte Weise zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz verwendet werden. Zum Beispiel kann ein höheres Verdichtungsverhältnis zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz bei leichten bis moderaten Motorlasten verwendet werden, bis Spätzündung führen Einsetzen des Klopfens den Kraftstoffeffizienzvorteil aufzehrt. Der Motor kann auf ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis geschaltet werden, wodurch der Wärmewirkungsgrad gegen Verbrennungsphasenwirkungsgrad getauscht wird. Kontinuierliche VCR-Systeme können den Verbrennungsphasen- und den Wärmewirkungsgrad kontinuierlich optimieren, um das beste Verdichtungsverhältnis zwischen den Grenzen des höheren Verdichtungsverhältnisses und des niedrigeren Verdichtungsverhältnisses bei den gegebenen Betriebsbedingungen bereitzustellen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Zylinder 14 über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zum Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. In manchen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Zum Beispiel zeigt 1 den Motor 10, der mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang eines Abgaskanals 148 angeordnete Abgasturbine 176 beinhaltet. Der Kompressor 174 kann wie gezeigt zumindest teilweise von der Abgasturbine 176 über eine Welle 180 mit Energie versorgt werden. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Kompressor konfiguriert ist, kann die Abgasturbine 176 optional jedoch weggelassen werden, und der Verdichter 174 kann stattdessen durch mechanische Eingabe von einem Elektromotor des Motors mit Energie versorgt werden.
  • Eine Drossel 20, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann zwischen dem Ansaugluftkanal 144 und dem Ansaugluftkanal 146 zum Variieren der Durchflussrate und/oder des Drucks der Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann die Drossel 20 dem Verdichter 174 nachgeschaltet sein, wie in 1 dargestellt, oder sie kann dem Verdichter 174 alternativ vorgeschaltet sein.
  • Der Abgaskanal 148 kann Abgase zusätzlich zu dem Zylinder 14 von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 128 ist an den Abgaskanal 148 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 gekoppelt gezeigt. Der Abgassensor 128 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses (air-fuel ratio - AFR) sein, wie zum Beispiel eine lineare Lambdasonde oder UEGO (Universal- oder Weitbereich-Abgas-Sauerstoff), eine Zweizustands-Lambdasonde oder EGO (wie dargestellt), eine HEGO (beheizte EGO), ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (three-way catalyst - TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
  • Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht abgebildet) geschätzt werden, die in dem Abgaskanal 148 angeordnet sind. Alternativ kann die Abgastemperatur auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden, wie zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlast, AFR, Zündzeitpunkt usw. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 bestimmt werden. Eventuell versteht es sich, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine beliebige Kombination von Verfahren der Temperaturschätzung, die hier aufgeführt sind, geschätzt werden kann.
  • Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile einschließen. Zum Beispiel weist der Zylinder 14 der Darstellung nach ein Einlasstellerventil 150 und ein Auslasstellerventil 156 auf, die in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen können zu jedem Zylinder des Motors 10, der den Zylinder 14 enthält, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile gehören, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
  • Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 durch die Steuerung 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils ein oder mehrere Nocken beinhalten und ein oder mehrere der folgenden Systeme nutzen: System zur Nockenprofilverstellung (Cam Profile Switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (Variable Cam Timing - VCT), variablen Ventilansteuerung (Variable Valve Timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (Variable Valve Lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 150 und Auslassventils 156 kann durch die Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein Einlassventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, darunter CPS- und/oder VCT-Systeme, beinhalten. In weiteren Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
  • Der Zylinder 14 kann ein assoziiertes Verdichtungsverhältnis aufweisen, welches, wie vorstehend beschrieben, das Verhältnis von Volumina ist, wenn sich der Kolben 138 bei UT zu OT befindet. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In manchen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein. Das Verdichtungsverhältnis kann ebenfalls auf der Grundlage des Fahrerbedarfs über Anpassungen des VCR-Aktors 192 variiert werden, der den VCR-Mechanismus 194 betätigt, der die effektive Position des Kolbens 138 innerhalb der Brennkammer 14 variiert. Das Verdichtungsverhältnis kann auf der Grundlage von Rückkopplung von dem Sensor 196 in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus 194 abgeleitet werden.
  • In manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 zum Initiieren der Verbrennung eine Zündkerze 192 aufweisen. Ein Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (spark advance) von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi bereitstellen. In manchen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch weggelassen werden, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch das Einspritzen von Kraftstoff initiieren kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgelegt sein, um diesem Kraftstoff zuzuführen. Als nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 derart gezeigt, dass er eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 enthält. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Einspritzvorrichtung 166 das bereit, was als Direkteinspritzung („DI“) von Kraftstoff in die Brennkammer 14 bekannt ist. Obwohl 1 die Einspritzvorrichtung 166 als seitliche Einspritzvorrichtung zeigt, kann sich die Einspritzvorrichtung 166 auch über dem Kolben befinden, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 von einem Hochdruckkraftstoffsystem 8 zugeführt werden, zu dem ein/e oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffzuteiler gehören können. Alternativ kann der Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe zugeführt werden, wobei hier die Zeitsteuerung der Direktkraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts stärker begrenzt sein kann als bei einer Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Ferner können der eine oder die mehreren Kraftstofftanks, wenngleich nicht gezeigt, einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt. Es versteht sich, dass die Einspritzvorrichtung 166 in einer alternativen Ausführungsform eine Saugrohreinspritzvorrichtung sein kann, die Kraftstoff in den Ansaugkanal, der dem Zylinder 14 vorgelagert ist, bereitstellt.
  • Es versteht sich ferner, dass, während die abgebildete Ausführungsform darstellt, dass der Motor durch Einspritzen von Kraftstoff über eine einzelne Direkteinspritzvorrichtung betrieben wird, in alternativen Ausführungsformen der Motor durch Verwendung von zwei oder mehr Einspritzvorrichtungen (zum Beispiel einer Direkteinspritzvorrichtung und einer Saugrohreinspritzvorrichtung pro Zylinder oder zwei Direkteinspritzvorrichtungen/zwei Saugrohreinspritzvorrichtungen pro Zylinder usw.) und durch Variieren einer relativen Einspritzmenge in den Zylinder aus jeder Einspritzvorrichtung betrieben werden kann.
  • Der Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch die Einspritzvorrichtung zugeführt werden. Ferner kann die Verteilung und/oder die relative Kraftstoffmenge, die von der Einspritzvorrichtung zugeführt wird, je nach Betriebsbedingungen variieren. Darüber hinaus können für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden, was als Aufteilungseinspritzung bekannt ist. Wenn sich zum Beispiel das Verdichtungsverhältnis erhöht, kann sich ein Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakteinspritzung zu Verdichtungstakteinspritzung erhöhen, wie in Bezug auf die 2 und 4 ausführlicher beschrieben. Zudem kann Kraftstoff während des Zyklus eingespritzt werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) der Verbrennung einzustellen. Zum Beispiel kann Kraftstoff zum Bereitstellen eines stöchiometrischen AFR eingespritzt werden. Ein AFR-Sensor kann enthalten sein, um eine Schätzung des AFR innerhalb des Zylinders bereitzustellen. In einem Beispiel kann es sich bei dem AFR-Sensor um einen Abgassensor wie etwa eine EGO-Sonde 128 handeln. Durch das Messen einer Sauerstoffmenge im Abgas, die bei mageren Gemischen höher ist und bei fetten Gemischen niedriger ist, kann der Sensor das AFR bestimmen. Daher kann das AFR als Lambda(λ)-Wert bereitgestellt sein, wobei es sich um ein Verhältnis des bestimmten AFR zu einem AFR bei Stöchiometrie für ein gegebenes Gemisch handelt. Somit gibt ein λ-Wert von 1,0 ein stöchiometrisches Gemisch an (z. B. das AFR für das Auftreten einer vollständigen Verbrennungsreaktion), während ein λ-Wert unter 1,0 überstöchiometrische Gemische angibt und ein λ-Wert über 1,0 unterstöchiometrische Gemische angibt.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze(n) usw. einschließen.
  • Der Kraftstofftank in dem Kraftstoffsystem 8 kann Kraftstoff mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten, zum Beispiel mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Zu diesen Unterschieden können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. gehören.
  • Der Motor 10 kann ferner einen Klopfsensor 90 umfassen, der zum Erkennen abnormaler Zylinderverbrennungsereignisse an jeden Zylinder 14 gekoppelt ist. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere Klopfsensoren 90 an ausgewählte Stellen des Motorblocks gekoppelt sein. Der Klopfsensor kann ein Beschleunigungsmesser an dem Zylinderblock sein, oder ein Ionisierungssensor, der in der Zündkerze von jedem Zylinder ausgelegt ist. Die Ausgabe des Klopfsensors kann mit der Ausgabe eines Kurbelwellenbeschleunigungssensors kombiniert werden, um ein abnormales Verbrennungsereignis in dem Zylinder anzuzeigen. In einem Beispiel lassen sich abnormale Verbrennungsereignisse aufgrund von einem oder mehreren von Klopfen und Vorzündung auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors 90 in einem oder mehreren definierten Fenstern (z. B. Kurbelwellenwinkel-Ansteuerungsfenster) erkannt und voneinander unterschieden werden. Zum Beispiel kann Klopfen als Reaktion auf eine Klopfsensorausgabe identifiziert werden, die in einem Klopffenster erhalten wird, das über einem Klopfschwellenwert liegt, während Vorzündung als Reaktion auf eine Klopfsensorausgabe erhalten identifiziert werden kann, die in einem Vorzündungsfenster erhalten wird, das über einem Vorzündungsschwellenwert liegt. Der Vorzündungsschwellenwert kann über dem Klopfschwellenwert liegen und das Vorzündungsfenster kann zum Beispiel früher als das Klopffenster sein. Sobald es identifiziert und differenziert wurde, kann das abnormale Verbrennungsereignis entsprechend angegangen werden. Zum Beispiel kann Klopfen durch das Anpassen eines Kraftstoffaufteilungsverhältnisses und eines Einspritzzeitpunkts und/oder das Verzögern eines Zündzeitpunkts angegangen werden, während Vorzündung durch das Anreichern des AFR der Verbrennung und/oder das Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses angegangen werden kann, wie in Bezug auf 3 ausführlich beschrieben.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist die Steuerung 12 als ein Mikrocomputer dargestellt, einschließlich einer Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, eines elektronischen Speichermediums für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem konkreten Beispiel als Nurlesespeicherchip 110 dargestellt, eines Direktzugriffsspeichers 112, eines Keep-Alive-Speichers 114 und eines Datenbusses. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, darunter eine Messung von eingeleitetem Luftmassenstrom (mass air flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 122, Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der mit Kühlmuffe 118 gekoppelt ist, ein Profilzündungsaufnahmesignal (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderer Art), der mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt ist, die Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor, ein Krümmerabsolutdrucksignal (absolute manifold pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124, ein Zylinder-AFR von der EGO-Sonde 128, die abnormale Verbrennung von Klopfsensor 90 und einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor und die Position des VCR-Mechanismus von Positionssensor 196. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das MAP-Signal von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. 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 in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung auf der Grundlage von Motordrehzahl und -last das Verdichtungsverhältnis des Motors durch das Senden eines Signals an den VCR-Aktor 192 anpassen, welcher den VCR-Mechanismus 194 betätigt, um den Kolben auf mechanische Weise näher zu dem Zylinderkopf oder weiter weg davon zu bewegen, wodurch ein Volumen der Brennkammer geändert wird.
  • Auf einem nichtflüchtigen Nur-Lese-Speichermedienspeicher 110 können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen repräsentieren, welche von einer Mikroprozessoreinheit 106 zum Durchführen der unten beschriebenen Verfahren ausführbar sind, sowie sonstige Varianten, die vorausgesetzt, jedoch nicht im Einzelnen aufgezählt werden.
  • Auf diese Weise stellen die Komponenten aus 1 ein System bereit, das Folgendes umfasst: einen Motor mit einem Zylinder; einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum mechanischen Verändern einer Kolbenposition innerhalb des Zylinders; einen Positionssensor, der an den Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis gekoppelt ist; eine Zündkerze zum Bereitstellen eines Zündfunkens für den Zylinder; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder; einen Klopfsensor; und eine Steuerung, die mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen konfiguriert ist zum: Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum Bereitstellen eines Verdichtungsverhältnisses, das auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt ist; und auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses, Arbeiten in einem von einem ersten Modus mit einem höheren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff und einem zweiten Modus mit einem niedrigeren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff. Als ein Ergebnis kann der erste Modus ausgewählt werden, wenn das Verdichtungsverhältnis höher ist und kann der zweite Modus ausgewählt werden, wenn das Verdichtungsverhältnis niedriger ist. Das höhere Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff kann Abgeben eines größeren Anteils des Kraftstoffs während eines Ansaugtakts und eines kleineren Anteils des Kraftstoffs während eines Verdichtungstakts relativ zu dem niedrigeren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff beinhalten. Als ein anderes Beispiel kann Kraftstoff später während eines Ansaugtakts und früher während eines Verdichtungstakts für den ersten Betriebsmodus relativ zu dem zweiten Betriebsmodus direkt eingespritzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann die Anzahl an Ansaugtakt-Direkteinspritzungen, die in dem ersten Modus durchgeführt wird, höher als im zweiten Modus sein. Als noch ein weiteres Beispiel kann die Anzahl an Verdichtungstakt-Direkteinspritzungen, die in dem ersten Modus durchgeführt wird, niedriger als im zweiten Modus sein.
  • Nun wird auf 2 Bezug genommen, die ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Anpassen eines Verdichtungsverhältnisses eines VCR-Motors (wie zum Beispiel des Motors 10 aus 1) auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und zum Anpassen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und des Aufteilungsverhältnisses auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses zeigt. Zum Beispiel kann ein Verhältnis von Kraftstoff, der während eines Ansaugtakts eingespritzt wird, relativ zu einer Menge an Kraftstoff, die während eines Verdichtungstakts eingespritzt wird, angepasst werden. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen der hier eingeschlossenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie zum Beispiel den Sensoren, die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden sind. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 202 umfasst das Verfahren 200 das Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Motorbetriebsbedingungen können zum Beispiel Fahrerleistungsbedarf (z. B. auf der Grundlage einer Ausgabe eines Pedalsensors, der an ein Bedienerpedal gekoppelt ist); Umgebungstemperatur, -druck und -luftfeuchtigkeit; Motortemperatur; Krümmerdruck (MAP); Krümmerluftstrom (MAF); Katalysatortemperatur, Einlasstemperatur, Aufladeniveau, Kraftstoffoktanzahl oder Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank verfügbar ist, usw. beinhalten.
  • Bei 204 beinhaltet das Verfahren 200 das Auswählen eines Verdichtungsverhältnisses zum Betreiben des Motors auf der Grundlage der geschätzten Motorbetriebsbedingungen. Der Motor kann an einen VCR-Mechanismus (z. B. dem VCR-Mechanismus 194 aus 1) gekoppelt sein, der das Motorverdichtungsverhältnis auf mechanische Weise zwischen einer ersten, höheren und einer zweiten, niedrigeren Verdichtungsverhältniseinstellung verändert. Der VCR-Mechanismus kann dies durch das mechanische Verändern einer Position eines Kolbens innerhalb eines Zylinders als Reaktion auf einen Befehl erreichen, der von der Motorsteuerung empfangen wird. Somit kann das Betreiben des Motors bei dem ersten, höheren Verdichtungsverhältnis das betrieben des Motors in einem Modus umfassen und kann das Betreiben des Motors bei dem zweiten, niedrigeren Verdichtungsverhältnis das Betreiben des Motors in einem zweiten Modus beinhalten. Alternativ können mehrere Verdichtungsverhältnisse zwischen dem erste und dem zweiten Verdichtungsverhältnis möglich sein. Dier Steuerung kann den Kraftstoffwirkungsgrad bei jedem Verdichtungsverhältnis des Motors bei dem gegebenen Fahrerleistungsbedarf vergleichen und das Verdichtungsverhältnis auswählen, welches den höchsten Kraftstoffwirkungsgrad bereitstellt. Die Steuerung kann den Kraftstoffwirkungsgrad bei jedem Verdichtungsverhältnis zum Beispiel durch das Vergleichen des bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (brake specific fuel consumption - BSFC) des Motors bei jedem Verdichtungsverhältnis vergleichen. Der Kraftstoffwirkungsgrad des Motors bei jedem Verdichtungsverhältnis kann über eine Tabelle, eine Karte, einen Algorithmus und/oder eine Gleichung bestimmt werden, jeweils gespeichert als eine Funktion der Betriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl, Drehmoment, Temperatur, Luftfeuchtigkeit. abgeleitete Kraftstoffoktanzahl usw.).
  • Bei 206 beinhaltet das Verfahren 200 das Betätigen des VCR-Mechanismus zum Bereitstellen des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Signal an einen VCR-Aktor (z. B. den VCR-Aktor 192 aus 1) senden, der an den VCR-Mechanismus gekoppelt ist, um den Mechanismus in eine Position zu betätigen, welche das ausgewählte Verdichtungsverhältnis bereitstellt. In einem Beispiel kann die Steuerung ein Signal zum Betätigen des VCR-Mechanismus in eine höhere Verdichtungsverhältniseinstellung bei niedrigen bis moderaten Motordrehzahlen und -lasten senden. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung ein Signal zum Betätigen des VCR-Mechanismus in eine niedrigere Verdichtungsverhältniseinstellung bei moderaten bis hohen Motordrehzahlen und -lasten senden.
  • Bei 208 beinhaltet das Verfahren 200 das Anpassen des Kraftstoffaufteilungsverhältnisses auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses. Zum beispielsweise wird während des Verdichtungstakts weniger Kraftstoff zum Erhalten eines ausreichend fetten AFR zur Verbrennung in der Nähe einer Zündkerze bei einem hohen Verdichtungsverhältnis als bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis benötigt, und zwar aufgrund eines kleineren Volumens bei dem OT für das hohe Verdichtungsverhältnis. Daher kann das AFR in der Nähe der Zündkerze bei dem hohen Verdichtungsverhältnis mit weniger Kraftstoff gesteuert werden. Außerdem kann der Kraftstoff bei dem hohen Verdichtungsverhältnis besser verdampfen. Als ein weiteres Beispiel kann das Einspritzen einer kleineren Menge an Kraftstoff während des Verdichtungstakts bei dem hohen Verdichtungsverhältnis beim Vermeiden von Kolbenaufprallen und der resultierenden Rauch- und Rußbildung helfen. Daher kann bei höheren Verdichtungsverhältnissen eine Menge an Kraftstoff, die während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, relativ zu einer Menge an Kraftstoff, die während des Ansaugtakt eingespritzt wird, verringert sein. Die Steuerung kann sich auf eine Lookup-Tabelle, eine Karte, einen Algorithmus und/oder eine Gleichung beziehen, um zum Beispiel das Kraftstoffaufteilungsverhältnis für eine gegebene Verdichtungsverhältniseingabe auszugeben. Wenn der Motor somit im ersten Modus betrieben wird, kann ein höheres Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff verwendet werden, und wenn der Motor im zweiten Modus betrieben wird, kann ein niedrigeres Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff verwendet werden. Die Steuerung kann ferner einen Alkoholgehalt des Kraftstoffs beim Anpassen des Kraftstoffaufteilungsverhältnisses berücksichtigen. Wenn sich zum Beispiel der Alkoholgehalt des Kraftstoffs erhöht, kann die Menge an Kraftstoff, die während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, weiter verringert werden, und zwar aufgrund der Flüchtigkeit des Alkohols.
  • Zusätzlich zum Aktualisieren des Aufteilungsverhältnisses kann ebenfalls eine Anzahl an Einspritzungen der Aufteilungseinspritzung angepasst werden. Zum Beispiel kann die Gesamtanzahl an Einspritzungen erhöht werden, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, insbesondere dann, wenn Tumble am höchsten ist. Dies beinhaltet das Abgeben einer erhöhten Ansaugtakteinspritzung des angepassten Aufteilungsverhältnisses als mehrere kürzere Ansaugtakteinspritzungen. Ferner kann die verringerte Verdichtungstakteinspritzung des angepassten Aufteilungsverhältnisses ebenfalls als mehrere kürzere Verdichtungstakteinspritzungen abgegeben werden. In einem Beispiel kann nach dem Anpassen des Aufteilungsverhältnisses die Anzahl an Ansaugtakteinspritzungen höher sein als die Anzahl an Verdichtungstakteinspritzungen. Es ist weniger wahrscheinlich, dass die mehreren kürzeren Ansaug- und Verdichtungstakteinspritzungen das Luft-Kraftstoff-Gemisch genügend penetrieren, wodurch der Aufprall auf Zylinderwänden oder der Kolbenoberseite reduziert wird, wodurch die Rußbildung reduziert wird.
  • Man wird verstehen, dass in noch weiteren Beispielen eine Motorsteuerung das Kraftstoffaufteilungsverhältnis während des Anpassens der Anzahl an Ansaug- und Verdichtungstakteinspritzungen auf der Grundlage der Auswahl des Verdichtungsverhältnisses beibehalten kann. Zum Beispiel kann, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, die Anzahl an Ansaug- und Verdichtungstakteinspritzungen erhöht werden, wobei jede der Einspritzungen eine unter einem Schwellenwert liegende Impulsbreite aufweist, während das Aufteilungsverhältnis beibehalten wird.
  • Unter kurzer Bezugnahme auf 4 wird ein beispielhaftes Diagramm 400 gezeigt, welches die Beziehung zwischen einem Verdichtungsverhältnis eines Motors und einem Aufteilungsverhältnis von Kraftstoff veranschaulicht, der über Direkteinspritzung abgegeben wird. Die X-Achse stellt das Verdichtungsverhältnis dar, wobei sich die Werte von links nach rechts erhöhen, und die Y-Achse stellt einen Anteil des eingespritzten Kraftstoffs dar, wobei sich die Werte von unten nach oben erhöhen. Die Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung wird in Verlauf 402 gezeigt und die Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzung wird in Verlauf 404 gezeigt.
  • Wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, erhöht sich das Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakteinspritzung zu Verdichtungstakteinspritzung. Zum Beispiel werden beim niedrigsten Verdichtungsverhältnis 70 % der Kraftstoffgesamtmenge während des Ansaugtakts (Verlauf 402) und 30 % während des Verdichtungstakts (Verlauf 404) eingespritzt. Beim höchsten Verdichtungsverhältnis werden 90 % der Kraftstoffgesamtmenge während des Ansaugtakts (Verlauf 402) und 10 % während des Verdichtungstakts (Verlauf 404) eingespritzt. Im Beispiel aus 4 sind die Verläufe 402 und 404 linear. In anderen Beispielen können die Verläufe 402 und 404 jedoch nicht lineare Kurven sein, wie zum Beispiel exponentielle Kurven, mit einem allgemeinen Trend dafür, dass sich die Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung (Verlauf 402) erhöht, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, und sich die Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzung (Verlauf 404) verringert, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, wobei die bei einem gegebenen Verdichtungsverhältnis für einen Motorzyklus eingespritzte Kraftstoffgesamtmasse (z. B. die Summe des Anteils des Kraftstoffs, der während des Ansaugtakts eingespritzt wurde, und des Anteils des Kraftstoffs, der während des Verdichtungstakts eingespritzt wurde) 100 % beträgt. Es ist anzumerken, dass das Aufteilungseinspritzverhältnis nicht die Menge des eingespritzten Kraftstoffs definiert, die auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen berechnet wird, um ein gewünschtes AFR zu erhalten. Außerdem können eine Oktanzahl und ein Alkoholgehalt die Formen der Verläufe 402 und 404 beeinflussen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 beinhaltet das Verfahren 200 bei 210 das Anpassen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses. Zum Beispiel kann, wenn sich das Verdichtungsverhältnis erhöht, der Zeitpunkt der Ansaugtakteinspritzung (z. B. ein Beginn der Einspritzung) verzögert werden und kann der Zeitpunkt der Verdichtungstakteinspritzung vorgezogen werden. Die Anzahl an Kurbelwinkelgrad, um welche der Beginn der Einspritzung während jedes Takts vorgezogen oder verzögert wird, kann mit der relativen Position des Kolbens in dem Zylinder im Zusammenhang stehen, die durch die Position des VCR-Mechanismus definiert sein kann. Zum Beispiel kann sich die Steuerung auf eine Lookup-Tabelle mit der Position des VCR-Mechanismus (oder dem ausgewählten Verdichtungsverhältnis) als Eingabe und den Zeitpunkten der Ansaugtakt- und Verdichtungstakteinspritzung als Ausgaben beziehen. Ferner kann der Einspritzzeitpunkt durch die Art des verwendeten VCR-Mechanismus beeinflusst werden (z. B. ein Mechanismus, der die Kolbenposition ändert, gegenüber einem Mechanismus, der den Zylinderkopf bewegt). Wenn der VCR-Mechanismus zum Beispiel einen auf Druck reagierenden Kolben beinhaltet, können die Zeitpunkte der Ansaugtakt- und Verdichtungstakteinspritzungen nicht auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses angepasst werden, da Kolbenablenkung auftritt, nachdem sowohl Kraftstoffeinspritzung als auch Verbrennung beendet worden sind. Als ein weiteres Beispiel kann ein VCR-Mechanismus, der einen Schwenkkopf verwendet, alternative Einspritzzeitpunktanpassungen aufgrund der Änderung des Ziels der Kraftstoffeinspritzung nutzen, wenn der Kopf geschwenkt wird. Durch das Variieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses kann die Kraftstoffdirekteinspritzung bei einer spezifischen Kolbenposition anstelle eines eingestellten Kurbelwinkels beginnen.
  • Unter kurzer Bezugnahme auf 5 wird ein beispielhaftes Diagramm 500 gezeigt, welches darstellt, wie der Zeitpunkt der Kraftstoffdirekteinspritzung und das Aufteilungsverhältnis auf der Grundlage des Motorverdichtungsverhältnisses variiert werden. Ein Kraftstoffeinspritzbefehl für einen Motor, der in dem ersten Modus bei einem hohen Verdichtungsverhältnis (high compression ratio - HCR) arbeitet, wird bei 502 gezeigt und ein Kraftstoffeinspritzbefehl für einen Motor, der in dem zweiten Modus bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis (low compression ratio - LCR) arbeitet, wird bei 504 gezeigt. Die Y-Achse für jeden Verlauf stellt den gekennzeichneten Parameter dar, wobei sich die Werte von unten nach oben erhöhen. Die X-Achse für alle Vorstehenden stellt die Motorposition in Kurbelwinkelgrad dar, wobei jeder Takt in jedem Verbrennungszyklus gekennzeichnet ist. Für einen gegebenen Kurbelwinkel wird eine Kolbenposition größer, wenn sich das Motorverdichtungsverhältnis erhöht (z. B. weist der LCR-Motor im Vergleich zum HCR-Motor einen reduzierten Hubraum auf). Es werden drei Verbrennungszyklen gezeigt, um drei beispielhafte Kraftstoffzufuhrstrategien zu veranschaulichen, wobei ein „X“ einen Zündzeitpunkt markiert (z. B. vor dem OT des Verdichtungstakts). Zum Beispiel wird im 1. Verbrennungszyklus eine Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts und eine während des Verdichtungstakts für zwei Gesamteinspritzungen durchgeführt. Im zweiten Verbrennungszyklus werden vier Gesamteinspritzungen auf den Ansaugtakt und den Verdichtungstakt aufgeteilt. Im 3. Verbrennungszyklus wird die Anzahl an Einspritzungen, die während jedes Takts durchgeführt wird, für den HCR-Motor im Vergleich zum LCR-Motor erhöht. Somit wird für jeden Verbrennungszyklus ein erster Anteil einer Kraftstoffgesamtmasse in dem Ansaugtakt abgegeben und wird ein zweiter, übriger Anteil der Kraftstoffgesamtmasse in dem Verdichtungstakt abgegeben, wobei die Anzahl an Einspritzungen, welche den ersten und zweiten Anteil abgibt, variiert.
  • Während des Ansaugtakts des 1. Verbrennungszyklus wird eine größere Kraftstoffmasse für den Motor, der bei HCR betrieben wird (Verlauf 502) eingespritzt (z. B. wird eine größere FPW verwendet) als für den Motor, der bei LCR betrieben wird (Verlauf 504), und zwar aufgrund einer besseren Kraftstoffverdampfung, die bei einem höheren Verdichtungsverhältnis erreicht wird. Aufgrund des reduzierten Hubraums des LCR-Motors im Vergleich zum HCR-Motor kann der Kolben des LCR-Motors eine spezifische Zylinderhöhe bei weniger Kurbelwinkelgrad erreichen als der HCR-Motor, wenn er sich vom OT zum UT bewegt. Somit findet der Beginn der Einspritzung für den Ansaugtakt für den LCR-Motor (Verlauf 504) früher statt als für den HCR-Motor (Verlauf 502).
  • Während des Verdichtungstakts des 1. Verbrennungszyklus wird für den LCR-Motor (Verlauf 504) mehr Kraftstoff eingespritzt als für den HCR-Motor (Verlauf 502), derart, dass dieselbe Kraftstoffgesamtmasse vor der Fremdzündung in jeden Motor eingespritzt wird. Es können, erneut aufgrund des reduzierten Hubraums des LCR-Motors im Vergleich zum HCR-Motor, mehr Kurbelwinkelgrad für den Kolben innerhalb des LCR-Motors benötigt werden, um dieselbe Position im Zylinder wie der Kolben innerhalb des HCR-Motors zu erreichen, wenn er sich vom UT zum OT bewegt. Somit findet der Beginn der Einspritzung für den Verdichtungstakt für den HCR-Motor (Verlauf 502) früher statt als für den LCR-Motor (Verlauf 504).
  • Während des 2. Verbrennungszyklus wird dieselbe Kraftstoffgesamtmenge wie im 1. Verbrennungszyklus eingespritzt, das Aufteilungsverhältnis bleibt gleich und der Beginn der Einspritzung findet bei derselben Motorposition wie im 1. Verbrennungszyklus für sowohl den HCR-Motor als auch den LCR-Motor statt. Der Kraftstoff wird jedoch über mehrere Einspritzungen während jeden Takts abgegeben. Das Durchführen einer Reihe von Einspritzungen kürzerer Dauer kann Kraftstoffverdampfung erleichtern, das weniger Kraftstoff pro Einspritzung abgebeben wird. Ferner kann die Kraftstoffpenetration durch das Abgeben derselben Kraftstoffmenge durch mehrere Stöße kürzerer Dauer reduziert werden, was wiederum die Kraftstoffanhaftung an den Kolben reduziert. Im Beispiel des 2. Verbrennungszyklus ist die Ansaugtakteinspritzung in drei Einspritzungen kürzerer Dauer für den HCR-Motor (Verlauf 502) und zwei für den LCR-Motor (Verlauf 504) aufgeteilt und die Verdichtungstakteinspritzung wird in zwei Einspritzungen kürzerer Dauer für den LCR-Motor ausgeteilt. Der Darstellung nach kann die Kraftstoffmenge, die pro Ansaugtakteinspritzung oder Verdichtungstakteinspritzung abgegeben wird, einheitlich sein, wobei eine vorbestimmte Dauer zwischen jeder Einspritzung verstreicht. In anderen Beispielen kann die Kraftstoffmenge pro Einspritzung jedoch uneinheitlich sein und/oder kann die Dauer zwischen jeder Einspritzung unterschiedlich sein. Man wird verstehen, dass in noch weiteren Beispielen die Motorkalibrierung auf der Grundlage der spezifischen Motorgestaltung und VCR-Konfiguration aktualisiert werden kann.
  • Während des 3. Verbrennungszyklus wird dieselbe Kraftstoffgesamtmenge wie im 1. und 2. Verbrennungszyklus eingespritzt, das Aufteilungsverhältnis bleibt gleich und der Beginn der Einspritzung findet bei derselben Motorposition wie im 1. und 2. Verbrennungszyklus für sowohl den HCR-Motor als auch den LCR-Motor statt. Wie im 2. Verbrennungszyklus wird der Kraftstoff über mehrere Einspritzungen während jeden Takts abgegeben. Während des 3. Verbrennungszyklus wird die Anzahl an Einspritzungen jedoch auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses, wie in Bezug auf 2 beschrieben, angepasst, statt dieselbe Gesamtanzahl an Einspritzungen für sowohl den HCR-Motor als auch den LCR-Motor durchzuführen (wie z. B. im 1. und 2. Verbrennungszyklus). Während die Kraftstoffzufuhrstrategie für den LCR-Motor (Verlauf 504) für den 3. Verbrennungszyklus dieselbe bleibt wie für den 2. Verbrennungszyklus, wird die Anzahl an Einspritzungen, die während sowohl dem Ansaugtakt als auch dem Verdichtungstakt durchgeführt wird, für den HCR-Motor (Verlauf 502) erhöht. In dem Beispiel 3. Verbrennungszyklus werden acht kurze Ansaugtakteinspritzungen und zwei kurze Verdichtungstakteinspritzungen für den HCR-Motor durchgeführt, wodurch das Aufprallen von Kraftstoff auf die Zylinderwand oder die Kolbenoberseite weiter reduziert wird und die Rußbildung reduziert wird.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird bei 212 bestimmt, ob eine abnormale Verbrennung detektiert wird. Zum Beispiel kann eine abnormale Verbrennung auf der Grundlage von Ausgaben eines Klopfsensors (z. B. des Klopfsensors 90 aus 1) und eines Kurbelwellenbeschleunigungssensors detektiert werden. Wie in Bezug auf 1 beschrieben, kann eine abnormale Verbrennung als Klopfen als Reaktion auf eine Klopfsensorausgabe, die in einem Klopffenster erhalten wurde, das über einem Klopfschwellenwert liegt, oder als Vorzündung als Reaktion auf eine Klopfsensorausgabe differenziert werden, die in einem Vorzündungsfenster erhalten wurde, das über einem Vorzündungsschwellenwert liegt (der höher als der Klopfschwellenwert ist). Das Klopffenster für einen Zylinder kann ein Kurbelwinkelfenster nach einem Zündfunkenereignis in dem Zylinder beinhalten, während das Vorzündungsfenster für den Zylinder ein Kurbelwinkelfenster vor einem Zündfunkenereignis in dem Zylinder beinhalten kann. Das Klopf- und das Vorzündungsfenster können sich nicht überlappen oder teilweise überlappen.
  • Wenn keine abnormale Verbrennung detektiert wird, dann geht das Verfahren 200 geht zu 214 über und beinhaltet das Beibehalten der Motoreinstellungen. Zum Beispiel können das Verdichtungsverhältnis des Motors, die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte und -mengen und der Zündzeitpunkt auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen, einschließlich des Bedienerdrehmomentbedarfs, und der Auswahl des Verdichtungsverhältnisses weiter nominell angepasst werden. Im Anschluss an 214 endet das Verfahren 200.
  • Wenn eine abnormale Verbrennung detektiert wird, geht das Verfahren 200 geht zu 216 über und beinhaltet das Durchführen von abschwächenden Handlungen auf der Grundlage der Art der abnormalen Verbrennung, wie nachstehend in Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben werden wird. Zum Beispiel können unterschiedliche abschwächende Handlungen als Reaktion auf eine Klopfangabe als als Reaktion auf eine Vorzündungsangabe durchgeführt werden. Im Anschluss an 216 endet das Verfahren 200.
  • Auf diese Weise stellt 2 ein Verfahren zum Anpassen eines Kraftstoffaufteilungsverhältnisses und eines Direkteinspritzzeitpunkts auf der Grundlage eines Verdichtungsverhältnisses des Motors bereit. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffmenge, die während eines Ansaugtakts relativ zu einem Verdichtungstakt eingespritzt wird, erhöht werden, wenn sich das Verdichtungsverhältnis des Motors erhöht, wie ebenfalls in Bezug auf die 4 und 5 beschrieben, und zwar aufgrund erhöhter Kraftstoffverdampfung bei dem höheren Verdichtungsverhältnis. Ferner kann ein Beginn der Einspritzung während j eden Takts so angepasst werden, dass Kraftstoff bei derselben Kolbenposition innerhalb eines Zylinders abgegeben wird, die sich relativ zur Kurbelwellenposition auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses ändern kann, wie ebenfalls in Bezug auf 5 beschrieben.
  • Nun wird auf 3 Bezug genommen, in der ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Durchführen von abschwächenden Handlungen als Reaktion auf eine Angabe einer abnormalen Verbrennung in einem VCR-Motor bereitgestellt ist, welches die Neigung für anschließende abnormale Verbrennungsereignisse reduzieren kann. Zum Beispiel kann das Verfahren 300 als Teil des Verfahrens 200 aus 2 (z. B. bei 216) durchgeführt werden.
  • Das Verfahren 300 beginnt bei 302 und beinhaltet das Bestimmen, ob Vorzündung detektiert wird. Wie in Bezug auf 1 beschrieben, kann Vorzündung als Reaktion auf eine Ausgabe eines Klopfsensors (z. B. des Klopfsensors 90 aus 1) detektiert werden, die während eines Vorzündungskurbelwinkelzeitfensters, das über einem Vorzündungsschwellenwert liegt, erhalten wird.
  • Wenn keine Vorzündung detektiert wird, kann angenommen werden, dass Klopfen detektiert wird, da das Verfahren 300 als Reaktion auf eine Angabe einer abnormalen Verbrennung durchgeführt wird. Wenn bei 302 keine Vorzündung detektiert wurde, geht das Verfahren 300 somit zu 304 über und beinhaltet das Anpassen eines Kraftstoffaufteilungsverhältnisses, um eine Fraktion der Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung zu erhöhen. Das heißt, als Reaktion auf eine Klopfangabe kann das Aufteilungsverhältnis des Kraftstoffs, der während eines Ansaugtakts und eines Verdichtungstakts eingespritzt wird, so angepasst werden, dass eine größere Kraftstoffmenge während des Ansaugtakts als nominell für ein gegebenes Verdichtungsverhältnis eingespritzt wird (wie zum Beispiel bei 208 aus 2 bestimmt). Die erhöhte Menge an Ansaugtakteinspritzung dient dem Erhöhen der Zylinderladungskühlung, wodurch das Auftreten von weiterem Klopfen reduziert wird. In einem Beispiel, wenn das nominelle Aufteilungsverhältnis für das gegebene Verdichtungsverhältnis 90 % Ansaugeinspritzung und 10 % Verdichtungseinspritzung ist, kann das Aufteilungsverhältnis auf 95 % Ansaugeinspritzung und 5 % Verdichtungseinspritzung angepasst werden. Das Ausmaß, in welchem die Fraktion der Ansaugeinspritzung erhöht wird, kann auf der Grundlage der Intensität und/oder Anzahl der Klopfereignisse bestimmt werden, wobei die Fraktion der Ansaugeinspritzung ferner erhöht wird, wenn sich die Intensität und/oder Anzahl der Klopfereignisse erhöht.
  • Bei 306 beinhaltet das Verfahren 300 das Vorziehen eines Zeitpunkts der Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung. Da mehr Kraftstoff während des Ansaugtakts als nominell für das gegebene Verdichtungsverhältnis abgegeben wird, kann der Beginn der Einspritzung so vorgezogen werden, dass die Einspritzung zum Beispiel um einen vorbestimmten Zeitpunkt beendet ist.
  • Bei 308 beinhaltet das Verfahren 300 das verzögern des Zündzeitpunkts. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt von einem nominellen Zeitpunkt aus verzögert werden, der auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses und der Motorbetriebsbedingungen eingestellt ist. Der nominelle Zeitpunkt kann durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) durch das Beziehen auf eine Karte, einen Algorithmus oder eine Lookup-Tabelle ausgewählt werden, wobei das Verdichtungsverhältnis (oder die Position des VCR-Mechanismus), die Motordrehzahl, die Ansauglufttemperatur, MAP, MAF und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Eingaben sind und der Zündzeitpunkt die Ausgabe ist. Dann kann die Steuerung diesen Zeitpunkt zum Beispiel als Reaktion auf eine Klopfangabe (wie z. B. bei 302 bestimmt) verzögern. Das Ausmaß, in welchem der Zündzeitpunkt verzögert wird, kann auf der Grundlage der Intensität und/oder der Anzahl der Klopfereignisse bestimmt werden, wobei der Betrag der Spätzündung von der nominellen Einstellung erhöht wird, wenn sich die Intensität und/oder Anzahl der Klopfereignisse erhöht, bis eine Spätzündungsverwendungsgrenze erreicht wird. Außerdem kann ein größerer Betrag an Spätzündungsverwendung (und somit eine größere Spätzündungsgrenze) toleriert werden, wenn mit einem höheren Verdichtungsverhältnis gearbeitet wird, während ein kleinerer Betrag an Spätzündungsverwendung (und somit eine kleinere Spätzündungsgrenze) toleriert werden kann, wenn mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis gearbeitet wird. Die Grenze kann einen Spätzündungsbetrag definieren, über dem Motorleistungsverluste, Überhitzungsneigungen und hohe Emissionen bei dem befohlenen Verdichtungsverhältnis auftreten können und somit kann der Zündfunken gegenüber der Grenze nicht weiter verzögert werden.
  • Ferner kann der verwendete Betrag an Spätzündung auf der Grundlage des bestimmten Kraftstoffaufteilungsverhältnisses bestimmt werden. Zum Beispiel kann durch das Erhöhen der Menge an Kraftstoff, die in dem Ansaugtakt abgegeben wird, der Betrag an Spätzündung, der für Klopfabschwächung benötigt wird, reduziert werden. Im Anschluss an 308 endet das Verfahren 300.
  • Wenn, unter erneuter Bezugnahme auf 302, Vorzündung detektiert wurde, geht das Verfahren 300 zu 310 über und beinhaltet das Anreichern der Vorzündungszylinder. Das Erhöhen einer Menge an Kraftstoff, die an die Vorzündungszylinder abgegeben wird, relativ zu einer Menge an Luft (z. B. Betreiben der Zylinder bei einem überstöchiometrischen AFR) führt zu einem Ladungskühlungseffekt, welcher eine Temperatur innerhalb der Vorzündungszylinder verringert. Durch das Kühlen der Vorzündungszylinder wird ein weiteres Auftreten von Vorzündung abgeschwächt. Das Kraftstoffanreicherung die Kraftstoffeffizienz verschlechtern kann, Abgasemissionen verschlechtern kann und zu einer möglichen Drehmomentreduzierung führen kann, können der/die Vorzündungszylinder selektiv angereichert werden, anstatt jeden Zylinder des Motors anzureichern. Ferner kann Kraftstoffanreicherung für eine Reihe an Motorzyklen durchgeführt werden, nach welcher die Kraftstoffzufuhr zu einer nominellen Menge zurückgebracht werden kann, wie nachsteht ausführlicher beschrieben.
  • Bei 312 beinhaltet das Verfahren 300 das Anpassen des Aufteilungsverhältnisses, um die Fraktion der Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung zu erhöhen. Das heißt, ein Anteil des Kraftstoffs, der während des Ansaugtakts abgegeben wird, wird erhöht und ein Anteil des Kraftstoffs, der während des Verdichtungstakts abgegeben wird, wird für die Verdichtungsverhältniseinstellung des Motors, wie bei 304 beschrieben, von nominell unterschiedlich verringert.
  • Bei 314 wird bestimmt, ob das Verdichtungsverhältnis bei einem Schwellenverhältnis liegt. Zum Beispiel kann sich das Schwellenverhältnis auf ein minimales Verdichtungsverhältnis beziehen, das angewendet werden kann und unter welchem die Motorleitung verschlechtert sein kann. Ferner kann das Schwellenverhältnis eine feste Grenze sein, die durch den VCR-Mechanismus definiert ist, zum Beispiel aufgrund der spezifischen Konfiguration des Kolbens an einer Exzenterwelle.
  • Wenn das Verdichtungsverhältnis bei dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 300 zu 316 über und beinhaltet das Vorziehen des Zündzeitpunkts auf der Grundlage der Anreicherung. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt vom maximalen Bremsmoment (Maximum Brake Torque - MBT) auf der Grundlage der Anreicherung und ferner auf der Grundlage von Grenz(borderline - BDL)-Zündfunkengrenzen bei den aktuellen Betriebsbedingungen vorgezogen werden. Insbesondere kann bestimmt werden, dass signifikante Ladungskühlungseffekte durch die Anreicherung erreicht werden können und der Zündfunken vorgezogen werden kann (z. B. näher bei MBT betrieben), um einen Teil des Drehmoments, der aufgrund des fetter als fetten Zylinderbetriebs verloren geht, für das beste Drehmoment (best torque - RBT) zurückzugewinnen. Im Anschluss an 316 endet das Verfahren 300.
  • Wenn das Verdichtungsverhältnis bei 314 nicht bei dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 300 zu 318 über und beinhaltet das Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses auf der Grundlage des Vorzündungsverlaufs. Zum Beispiel kann eine Motorvorzündungszählung abgerufen werden. Die Motorvorzündungszählung kann eine Gesamtvorzündungszählung für den Motor beinhalten. Außerdem können ebenfalls Vorzündungszählungen für individuelle Zylinder abgerufen werden. Daher kann die Vorzündungszählung des Motors (oder Zylinders) dessen Neigung für Vorzündung widerspiegeln. Wenn sich die Vorzündungszählung erhöht, kann somit die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Vorzündung in dem Motor (oder einem gegebenen Zylinder) höher sein. Das Verdichtungsverhältnis kann unter Verwendung der Vorzündungszählung auf ein Rückkopplungsniveau reduziert (oder begrenzt) werden. Insbesondere kann das Verdichtungsverhältnis von einem nominellen Niveau für eine gegebene Motordrehzahl und -last auf das Rückkopplungsniveau (niedriger als das nominelle Niveau) reduziert werden, wobei das Ausmaß der Reduzierung auf dem Vorzündungsverlauf basiert. Wenn sich die Vorzündungszählung des Motors erhöht (und sich die Neigung des Motors für Vorzündung erhöht), kann das Rückkopplungsverdichtungsverhältnisniveau somit weiter vom nominellen Verdichtungsverhältnisniveau reduziert werden. Die Reduzierung kann graduell oder alternativ bei der Erhöhung der Vorzündungszählung um eine Schwellenmenge erfolgen, wobei das Verdichtungsverhältnis um eine vordefinierte Menge reduziert werden kann (stufenweise).
  • Zusätzlich zum Bestimmen des Rückkopplungsverdichtungsverhältnisniveaus kann ein Hubraum, der dem Rückkopplungsverdichtungsverhältnisniveau entspricht, ebenfalls bestimmt werden. In einem Beispiel kann der Hubraum, welcher dem Rückkopplungsverdichtungsverhältnis entspricht, einen unter dem Maximum liegenden Hubraum beinhalten, wobei sich der Kolben nahe zu dem Zylinderkopf (aber nicht bis ganz an ihn heran) in der Brennkammer bewegt. Anders ausgedrückt kann eine Menge an Raum zwischen dem Zylinderkopf und der Endposition (z. B. OT) des Kolbens erhöht werden, wenn sich das Rückkopplungsverdichtungsverhältnisniveau verringert.
  • Bei 320 beinhaltet das Verfahren 300 das Verringern der Kraftstoffzufuhrmenge und der Fraktion der Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung. Bei verringertem Verdichtungsverhältnis ist die Wahrscheinlichkeit für Vorzündung ebenfalls verringert. Somit wird Kraftstoffanreicherung nicht länger zum Abschwächen der Vorzündung benötigt und eine nominelle Menge an Kraftstoff für Motorbetriebsbedingungen, wie zum Beispiel zum Erreichen eines stöchiometrischen AFR, kann bereitgestellt werden. Ferner kann das Aufteilungsverhältnis des Kraftstoffs für das reduzierte Verdichtungsverhältnis angepasst werden, wobei die Fraktion der Ansaugeinspritzung entsprechend verringert (und die Fraktion der Verdichtungseinspritzung erhöht) wird. Zum Beispiel kann das Aufteilungsverhältnis auf der Grundlage des Rückkopplungsverdichtungsverhältnisses bestimmt werden, wie in Bezug auf 2 beschrieben (z. B. bei 208). Ferner kann der Einspritzzeitpunkt auf der Grundlage des Rückkopplungsverdichtungsverhältnisses angepasst werden (wie z. B. bei 210 aus 2).
  • Bei 322 beinhaltet das Verfahren 300 das Bestimmen, ob Vorzündung auch nach der Durchführung der Vorzündungsabschwächungsanreicherung weiter detektiert wird. Wenn Vorzündung detektiert wird, wie es zum Beispiel bei andauernder Vorzündung auftritt, geht das Verfahren 300 zu 324 über und beinhaltet dementsprechend das weitere Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses, Anpassen des Einspritzzeitpunkts und Verringern der Fraktion der Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung. Zum Beispiel kann aufgrund des sich verringernden Hubs des Kolbens bei sich verringerndem Verdichtungsverhältnis der Zeitpunkt der Ansaugtakteinspritzung vorgezogen werden und die Verdichtungstakteinspritzung kann verzögert werden, und zwar im Vergleich zur vorherigen, höheren Verdichtungsverhältniseinstellung. Ferner kann die Menge an Kraftstoff, die während des Verdichtungstakts relativ zum Ansaugtakt eingespritzt wird, aufgrund der verringerten Kraftstoffverdampfung bei dem niedrigen Verdichtungsverhältnis erhöht werden. In einem kann das Verdichtungsverhältnis schrittweise verringert werden, wobei der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und das Aufteilungsverhältnis entsprechend für jedes reduzierte Verdichtungsverhältnis angepasst werden, bis Vorzündung nicht länger detektiert wird. Im Anschluss an 324 endet das Verfahren 300.
  • Wenn bei 322 keine Vorzündung detektiert wird, geht das Verfahren 300 zu 326 über und beinhaltet dementsprechend das schrittweise Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses, das Anpassen des Einspritzzeitpunkts und das Erhöhen der Fraktion der Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzung. Zum Beispiel kann aufgrund des sich erhöhenden Hubs des Kolbens bei sich erhöhendem Verdichtungsverhältnis der Zeitpunkt der Ansaugtakteinspritzung verzögert werden und die Verdichtungstakteinspritzung kann vorgezogen werden, und zwar im Vergleich zur vorherigen, niedrigeren Verdichtungsverhältniseinstellung. Ferner kann die Menge an Kraftstoff, die während des Ansaugtakts relativ zum Verdichtungstakt eingespritzt wird, aufgrund der erhöhten Kraftstoffverdampfung bei dem höheren Verdichtungsverhältnis erhöht werden. Im Anschluss an 326 endet das Verfahren 300.
  • Auf diese Weise stellt 3 ein Verfahren zum Durchführen von Abschwächungshandlungen, einschließlich des weiterten Anpassens des Kraftstoffdirekteinspritzzeitpunkts und des Aufteilungsverhältnisses, in einem VCR-Motor als Reaktion auf eine Angabe einer abnormalen Verbrennung, wie zum Beispiel Klopfen und Vorzündung, bereit, um ein zusätzliches Auftreten einer abnormalen Verbrennung zu reduzieren. Das Reduzieren des Auftretens von Klopfen und Vorzündung kann beim Verlängern der Lebensdauer der Motorkomponenten helfen.
  • Nun wird auf 6 Bezug genommen, die ein beispielhaftes Diagramm 600 von Anpassungen des Verdichtungsverhältnisses und des Kraftstoffaufteilungsverhältnisses während des Motorbetriebs zeigt. Die Motorlast wird in Verlauf 602 dargestellt, das Klopfsignal wird in Verlauf 604 gezeigt, das Verdichtungsverhältnis (CR) wird in Verlauf 610 gezeigt und die Kraftstoffeinspritzmenge wird in Verlauf 612 dargestellt. Ferner wird das Klopfsignal relativ zu einem Klopfschwellenwert, der durch die gestrichelte Linie 606 angegeben ist, und einen Vorzündungsschwellenwert gezeigt, der durch die gestrichelte Linie 608 angegeben ist. Außerdem ist die Kraftstoffeinspritzmenge in eine Menge, die durch Taktdirekteinspritzung (diagonal schraffierter Bereich) abgegeben wird, und eine Menge aufgeteilt, die über Verdichtungstakteinspritzung (nicht schraffierter Bereich) abgegeben wird. Bei allen Vorgenannten stellt die X-Achse die Zeit dar, wobei die Zeit von links nach rechts zunimmt. Die Y-Achse jedes Verlaufs stellt den gekennzeichneten Parameter dar, wobei sich die Werte von unten nach oben erhöhen.
  • Vor t1, als Reaktion auf einen niedrigeren Bedienerdrehmomentbedarf und eine entsprechend niedrige Motorlast (Verlauf 602), wird der Motor bei einem hohen Verdichtungsverhältnis betrieben, wie in Verlauf 610 gezeigt. Zum Beispiel kann der Motor in einem ersten Modus betrieben werden, wobei eine Position eines VCR-Mechanismus (z. B. des VCR-Mechanismus 194 aus 1) in eine erste Position betätigt ist, die dem hohen Verdichtungsverhältnis entspricht. Die für einen Motorzyklus eingespritzte Kraftstoffgesamtmenge (Verlauf 612) entspricht der Motorlast (Verlauf 602), wobei sich die Kraftstoffmenge erhöht, wenn sich die Motorlast erhöht. Wie in Verlauf 612 gezeigt, wird bei dem hohen Verdichtungsverhältnis ein kleiner Anteil (z. B. 10 %) des Kraftstoffs während des Verdichtungstakts (nicht schraffierter Bereich) eingespritzt und der Rest (z. B. 90 %) wird's während des Ansaugtakts (diagonal schraffierter Bereich) abgegeben. Da der Motor mit einer relativ geringen Motorlast arbeitet, tritt kein Klopfen auf, wie durch das Klopfsignal (z. B. die Ausgabe eines Klopfsensors, wie zum Beispiel des Klopfsensors 90 aus 1) gezeigt, das unter dem Klopfschwellenwert bleibt (gestrichelte Linie 606).
  • Zwischen t1 und t2 erhöht sich die Motorlast (Verlauf 602) als Reaktion auf einen Bedienerbedarf und die Menge an eingespritztem Kraftstoff (Verlauf 612) erhöht sich entsprechend. Der Motor bleibt bei dem hohen Verdichtungsverhältnis (Verlauf 610). Durch die höhere Motorlast bei dem höheren Verdichtungsverhältnis tritt Klopfen auf, wie durch das Klopfsignal (Verlauf 604) gezeigt, welches den Klopfschwellenwert (gestrichelte Linie 606) übersteigt. Als Reaktion auf das Auftreten des Klopfens wird das Kraftstoffaufteilungsverhältnis angepasst, um die Fraktion des Kraftstoffs, der während des Ansaugtakts eingespritzt wird, zu erhöhen und die Fraktion des Kraftstoffs, der während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, zu verringern, wie durch den kleineren Anteil an Verdichtungstakteinspritzung (nicht schraffierter Bereich) von Verlauf 612 zwischen t1 und t2 im Vergleich zu vor t1 gezeigt. Ferner kann der Beginn der Ansaugtakteinspritzung vorgezogen werden (nicht gezeigt) und der Zündzeitpunkt kann verzögert werden (nicht gezeigt).
  • Beginnend bei t2 erhöht sich die Motorlast (Verlauf 602) weiterhin als Reaktion auf eine weitere Erhöhung der Bedienerpedalposition. Wenn der Motor bei dem hohen Verdichtungsverhältnis gehalten werden würde, dann würde sich die Klopfneigung des Motors erhöhen, was zu einem weiteren Bedarf für Spätzündung führt. Der Spätzündungskraftstoffnachteil würde den Kraftstoffwirkungsgrad des höheren Verdichtungsverhältnisses aufheben. Der Motor wird daher in einen zweiten Betriebsmodus überführt.
  • Zwischen t2 und t3 wird der Motor in dem zweiten Modus betrieben, wobei der VCR-Mechanismus in eine Position betätigt wird, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis (Verlauf 610) entspricht. Die Menge an eingespritztem Kraftstoff (Verlauf 612) erhöht sich als Reaktion auf die Motorlast und das Aufteilungsverhältnis wird angepasst. Bei dem niedrigen Verdichtungsverhältnis wird ein höherer Anteil (z. B. 30 %) des Kraftstoffs während des Verdichtungstakts (nicht schraffierter Bereich) eingespritzt, als wenn der Motor bei dem hohen Verdichtungsverhältnis betrieben werden würde (wie zum Beispiel vor t1). Außerdem wird bei dem niedrigen Verdichtungsverhältnis die Klopfneigung verringert und das Klopfsignal (Verlauf 604) bleibt unter dem Klopfschwellenwert (gestrichelte Linie 606). Ferner wird im Vergleich zum Betrieb bei dem hohen Verdichtungsverhältnis der Beginn der Ansaugtakteinspritzung vorgezogen und wird der Beginn der Verdichtungstakteinspritzung verzögert, wie in Bezug auf 5 gezeigt.
  • Bei t3 wird der Motor als Reaktion auf eine Verringerung der Motorlast (Verlauf 602), zum Beispiel aufgrund eines Loslassens eines Pedals durch den Bediener, zurück in den ersten Betriebsmodus überführt, wobei der Motor bei dem hohen Verdichtungsverhältnis (Verlauf 610) betrieben wird. Dementsprechend wird der VCR-Mechanismus in die Position betätigt, die dem hohen Verdichtungsverhältnis entspricht. Das Kraftstoffaufteilungsverhältnis wird so angepasst, dass der Anteil an Kraftstoff, der während des Ansaugtakts eingespritzt wird, erhöht wird und der Anteil an Kraftstoff, der während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, verringert wird, und zwar im Vergleich zum Betrieb bei dem niedrigen Verdichtungsverhältnis, wie durch eine Verringerung des Anteils des nicht schraffierten Bereichs der Säulen von Verlauf 612 zwischen t3 und t4 gezeigt. Ferner wird im Vergleich zum Betrieb bei dem niedrigen Verdichtungsverhältnis der Beginn der Ansaugtakteinspritzung erneut vorgezogen und wird der Beginn der Verdichtungstakteinspritzung verzögert, um den Einspritzzeitpunkt relativ zur Kolbenposition zu halten, wie in Bezug auf die 2 und 5 ausführlicher beschrieben.
  • Bei t4 tritt Vorzündung auf, wie durch das Klopfsignal (Verlauf 604) gezeigt, welches den Vorzündungsschwellenwert (gestrichelte Linie 608) überschreitet. Zum Beispiel kann Vorzündung aufgrund von erhöhten Zylinderinnentemperaturen und -drücken auftreten, die durch das hohe Verdichtungsverhältnis verschlimmert werden können. Als Reaktion auf die Vorzündungsangabe werden die Vorzündungszylinder angereichert, wobei das Aufteilungsverhältnis angepasst wird, um die Fraktion des Kraftstoffs, die während des Ansaugtakts (Verlauf 612) abgegeben wird, weiter zu erhöhen. Zum Beispiel kann die Fraktion des Kraftstoffs, der während des Ansaugtakts abgegeben wird, von 90 % auf 95 % erhöht werden. Nach diesem ersten Anreicherungsereignis wird das Verdichtungsverhältnis (Verlauf 610) schrittweise verringert, bis Vorzündung nicht länger auftritt oder das Verdichtungsverhältnis ein Schwellenverhältnis erreicht, wie in Bezug auf 3 beschrieben. Wenn die Vorzündung nicht länger auftritt (z. B. vor t5), wird die Kraftstoffmenge (Verlauf 612) auf eine nominelle Menge verringert, wie zum Beispiel für ein stöchiometrisches AFR. Ferner wird die Fraktion des Kraftstoffs, der während des Ansaugtakts eingespritzt wird, reduziert und kann der Einspritzzeitpunkt für das tatsächliche (z. B. gemessene) Verdichtungsverhältnis optimiert werden.
  • Als Reaktion auf keine weitere Vorzündungsangabe (z. B. wird Vorzündung für eine Schwellendauer nicht detektiert) kann das Verdichtungsverhältnis graduell angehoben werden, um ein nominelles Verdichtungsverhältnis für die gegebenen Motorbetriebsbedingungen (wie zum Beispiel Drehzahl und Last) bereitzustellen. Somit wird nach t5 das Verdichtungsverhältnis (Verlauf 610) graduell auf ein mittleres Verdichtungsverhältnis angehoben, indem der VCR-Mechanismus betätigt wird. Nach keiner weiteren Vorzündungsangabe wird das Verdichtungsverhältnis weiter angehoben, bis das nominelle Verdichtungsverhältnis (z. B. das hohe Verdichtungsverhältnis) erreicht wird. Da das Verdichtungsverhältnis angehoben wird, wird die Fraktion der Verdichtungstakteinspritzung verringert, wie durch das Verringern des Anteils des nicht schraffierten Bereichs der Säulen von Verlauf 612 gezeigt. Somit können der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und das Aufteilungsverhältnis zu den nominellen Werten für das gegebene Verdichtungsverhältnis zurückgebracht werden, wie in den Beispielen aus den 4 und 5 dargestellt.
  • Auf diese Weise können der Kraftstoffdirekteinspritzzeitpunkt und das Aufteilungsverhältnis auf der Grundlage eines Verdichtungsverhältnisses eines VCR-Motors optimiert werden. Da ein Hubraum auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses variiert, stellt das Anpassen eines Beginns der Einspritzung relativ zur Kurbelwellenposition sicher, dass Kraftstoff eingespritzt wird, wenn sich der Kolben bei einer geeigneten Entfernung vom Zylinderkopf befindet, wodurch die Menge an Kraftstoff reduziert wird, die an der Zylinderkrone anhaftet, und wiederum Emissionen reduziert werden. Ferner weist der Kraftstoff unterschiedliche Verdampfungseigenschaften bei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen auf, wobei höhere Verdichtungsverhältnisse die Kraftstoffverdampfung erhöhen. Daher kann während eines Verdichtungstakts bei einem höheren Verdichtungsverhältnis weniger Kraftstoff als bei einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis eingespritzt werden. Durch das Optimieren des Aufteilungsverhältnisses des direkt eingespritzten Kraftstoffs auf der Grundlage des Verdichtungsverhältnisses kann eine gute Verbrennungsstabilität beibehalten werden. Außerdem können im Falle von Klopfen oder Vorzündung der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und das Aufteilungsverhältnis weiter angepasst werden, wodurch die Lebensdauer der Motorkomponenten durch das Reduzieren eines weiteren Auftretens abnormaler Verbrennung verlängert wird.
  • Als ein Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor Folgendes: Betätigen eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis eines Zylinders zum Bereitstellen eines Verdichtungsverhältnisses, das auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt ist; und Anpassen einer Menge an Kraftstoff, die direkt in den Zylinder in einem Ansaugtakt relativ zu einem Verdichtungstakt auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses eingespritzt wird. In dem vorhergehenden Beispiel verändert Anpassen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zusätzlich oder optional einen Hubraum innerhalb des Zylinders auf mechanische Weise. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Anpassen des Aufteilungsverhältnisses des Kraftstoffs, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses direkt in den Zylinder eingespritzt wird, zusätzlich oder optional Erhöhen einer Menge an Kraftstoff, die während des Ansaugtakts eingespritzt wird, relativ zu einer Menge an Kraftstoff, die während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Anpassen des Aufteilungsverhältnisses des Kraftstoffs, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses direkt in den Zylinder eingespritzt wird, zusätzlich oder optional Anpassen einer Anzahl an Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzungen relativ zu Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Anpassen der Anzahl an Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzungen relativ zu Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzungen zusätzlich oder optional Erhöhen der Anzahl an Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzungen während des Verringerns der Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzungen, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional Anpassen eines Zeitpunkts der Kraftstoffdirekteinspritzung in den Zylinder auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Anpassen des Zeitpunkts der Kraftstoffdirekteinspritzung in den Zylinder auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses zusätzlich oder optional Verzögern eines Beginns der Einspritzung einer Ansaugtakt-Direkteinspritzung und Vorziehen des Beginns der Einspritzung einer Verdichtungstakt-Direkteinspritzung, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional, als Reaktion auf eine Klopfangabe, Erhöhen des Aufteilungsverhältnisses von Kraftstoff, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt direkt in den Zylinder eingespritzt wird, von jenem, das auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses bestimmt wurde, Vorziehen des Zeitpunkts der Ansaugtakt-Direkteinspritzung von jenem, der auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses bestimmt wurde, und Verzögern eines Zündzeitpunkts. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional, als Reaktion eine Vorzündungsangabe, Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses auf ein Rückkopplungsniveau, Anpassen des Aufteilungsverhältnisses von Kraftstoff, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt direkt in den Zylinder eingespritzt wird, auf der Grundlage des Rückkopplungsverdichtungsverhältnisses und Anpassen des Zeitpunkts der Kraftstoffdirekteinspritzung in den Zylinder auf der Grundlage des Rückkopplungsverdichtungsverhältnisses.
  • Als ein weiteres Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor Folgendes: wenn sich ein auf Motorzylinder angewendetes Verdichtungsverhältnis erhöht, Erhöhen eines Aufteilungsverhältnisses von Kraftstoff, der über eine Ansaugtakt-Direkteinspritzung relativ zu einer Verdichtungstakt-Direkteinspritzung an die Zylinder abgegeben wird, während die Ansaugtakt-Direkteinspritzung verzögert und die Verdichtungstakt-Direkteinspritzung vorgezogen wird. In dem vorhergehenden Beispiel umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional, als Reaktion auf eine Vorzündungsangabe, Anreichern des Motors für eine Anzahl an Motorzyklen während des Beibehaltens des Verdichtungsverhältnisses und danach Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses, bis ein Schwellenverdichtungsverhältnis erreicht ist, während des Betriebs des Motors bei Stöchiometrie; und als Reaktion auf eine Klopfangabe, weiteres Erhöhen des Aufteilungsverhältnisses von Kraftstoff, der über die Ansaugtakt-Direkteinspritzung relativ zu der Verdichtungstakt-Direkteinspritzung abgegeben wird, weiteres Vorziehen der Ansaugtakt-Direkteinspritzung und Verzögern des Zündzeitpunkts. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Anreichern des Motors für die Anzahl an Motorzyklen zusätzlich oder optional Erhöhen des Aufteilungsverhältnisses des Kraftstoffs, der über die Ansaugtakt-Direkteinspritzung relativ zu der Verdichtungstakt-Direkteinspritzung abgeben wird. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses zusätzlich oder optional mechanisches Reduzieren eines Hubraums innerhalb entsprechender Zylinder durch Betätigen eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional, als Reaktion auf keine weitere Vorzündungsangabe, die nach dem Anreichern und dem Verringern des Verdichtungsverhältnisses empfangen wird, Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses über eine Dauer durch Erhöhen des Hubraums innerhalb der Brennkammer über die Dauer.
  • Als ein weiteres Beispiel umfasst ein System Folgendes: einen Motor mit einem Zylinder; einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum mechanischen Verändern einer Kolbenposition innerhalb des Zylinders; einen Positionssensor, der an den Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis gekoppelt ist; eine Zündkerze zum Bereitstellen eines Zündfunkens für den Zylinder; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder; einen Klopfsensor; und eine Steuerung, die mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen konfiguriert ist zum: Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum Bereitstellen eines Verdichtungsverhältnisses, das auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt ist; und auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses, Arbeiten in einem von einem ersten Modus mit einem höheren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff und einem zweiten Modus mit einem niedrigeren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff. In dem vorhergehenden Beispiel wird der erste Modus zusätzlich oder optional ausgewählt, wenn das Verdichtungsverhältnis höher ist und der zweite Modus ausgewählt, wenn das Verdichtungsverhältnis niedriger ist. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das höhere Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff zusätzlich oder optional Abgeben eines größeren Anteils des Kraftstoffs während eines Ansaugtakts und eines kleineren Anteils des Kraftstoffs während eines Verdichtungstakts relativ zu dem niedrigeren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele wird Kraftstoff zusätzlich oder optional später während eines Ansaugtakts und früher während eines Verdichtungstakts für den ersten Betriebsmodus relativ zu dem zweiten Betriebsmodus direkt eingespritzt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist die Anzahl an Ansaugtakt-Direkteinspritzungen, die in dem ersten Modus durchgeführt wird, zusätzlich oder optional höher als im zweiten Modus. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist die Anzahl an Verdichtungstakt-Direkteinspritzungen, die in dem ersten Modus durchgeführt wird, zusätzlich oder optional niedriger als im zweiten Modus.
  • In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren für einen Motor Folgendes: Betätigen eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis eines Zylinders zum Bereitstellen eines Verdichtungsverhältnisses, das auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt ist, Abgeben einer Menge an Kraftstoff in den Zylinder als eine Aufteilungseinspritzung mit einem Aufteilungsverhältnis von Kraftstoff, der in einem Ansaugtakt relativ zu einem Verdichtungstakt abgegeben wird, wobei das Aufteilungsverhältnis auf den Motorbetriebsbedingungen basiert, und Anpassen einer Anzahl an Einspritzungen, über welche Kraftstoff in jedem des Ansaugtakts und des Verdichtungstakts abgegeben wird, auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet das Anpassen Abgeben des Kraftstoffs in dem Ansaugtakt als mehrere Kraftstoffeinspritzungen und Abgeben des Kraftstoffs in dem Verdichtungstakt als mehrere Kraftstoffeinspritzungen während des Beibehaltens des Aufteilungsverhältnisses. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele weist jede Einspritzung der mehreren Kraftstoffeinspritzungen in dem Ansaugtakt und dem Verdichtungstakt eine unter einem Schwellenwert liegende Impulsbreite auf. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist eine Anzahl der mehreren Kraftstoffeinspritzungen in dem Ansaugtakt höher als die Anzahl der mehreren Kraftstoffeinspritzungen in dem Verdichtungstakt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner Anpassen des Aufteilungsverhältnisses auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses, wobei sich die Menge an Kraftstoff, die in dem Ansaugtakt abgegeben wird, erhöht, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht, sich die Menge an Kraftstoff, die in dem Verdichtungstakt abgegeben wird, verringert, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht, um eine Kraftstoffgesamtmasse, die an den Zylinder abgegeben wird, beizubehalten.
  • Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, wiedergeben. Somit können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vielmehr zur einfacheren Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der im nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung enthält, durchgeführt werden.
  • Man wird verstehen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • 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 dahingehend zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartiger Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche, egal ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen, werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9291108 [0004]

Claims (15)

  1. Verfahren für einen Motor, umfassend: Betätigen eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis eines Zylinders zum Bereitstellen eines Verdichtungsverhältnisses, das auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt ist; und Anpassen einer Menge an Kraftstoff, die direkt in den Zylinder in einem Ansaugtakt relativ zu einem Verdichtungstakt auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses eingespritzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis einen Hubraum innerhalb des Zylinders mechanisch verändert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Anpassen des Aufteilungsverhältnisses des Kraftstoffs, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses direkt in den Zylinder eingespritzt wird, Erhöhen einer Menge an Kraftstoff, die während des Ansaugtakts eingespritzt wird, relativ zu einer Menge an Kraftstoff, die während des Verdichtungstakts eingespritzt wird, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht, beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Anpassen des Aufteilungsverhältnisses des Kraftstoffs, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses direkt in den Zylinder eingespritzt wird, Anpassen einer Anzahl an Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzungen relativ zu Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei Anpassen der Anzahl an Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzungen relativ zu Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzungen Erhöhen der Anzahl an Ansaugtakt-Kraftstoffeinspritzungen während des Verringerns der Verdichtungstakt-Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Anpassen eines Zeitpunkts der Kraftstoffdirekteinspritzung in den Zylinder auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Anpassen des Zeitpunkts der Kraftstoffdirekteinspritzung in den Zylinder auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses Verzögern eines Beginns der Einspritzung einer Ansaugtakt-Direkteinspritzung und Vorziehen des Beginns der Einspritzung einer Verdichtungstakt-Direkteinspritzung beinhaltet, wenn sich das ausgewählte Verdichtungsverhältnis erhöht.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, als Reaktion auf eine Klopfangabe, Erhöhen des Aufteilungsverhältnisses von Kraftstoff, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt direkt in den Zylinder eingespritzt wird, von jenem, das auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses bestimmt wurde, Vorziehen des Zeitpunkts der Ansaugtakt-Direkteinspritzung von jenem, der auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses bestimmt wurde, und Verzögern eines Zündzeitpunkts.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, als Reaktion eine Vorzündungsangabe, Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses auf ein Rückkopplungsniveau, Anpassen des Aufteilungsverhältnisses von Kraftstoff, der in dem Ansaugtakt relativ zu dem Verdichtungstakt direkt in den Zylinder eingespritzt wird, auf der Grundlage des Rückkopplungsverdichtungsverhältnisses und Anpassen des Zeitpunkts der Kraftstoffdirekteinspritzung in den Zylinder auf der Grundlage des Rückkopplungsverdichtungsverhältnisses.
  10. System, umfassend: einen Motor mit einem Zylinder; einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum mechanischen Verändern einer Kolbenposition innerhalb des Zylinders; einen Positionssensor, der an den Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis gekoppelt ist; eine Zündkerze zum Bereitstellen eines Zündfunkens für den Zylinder; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder; einen Klopfsensor; und eine Steuerung, die mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen konfiguriert ist zum: Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum Bereitstellen eines Verdichtungsverhältnisses, das auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt ist; und auf der Grundlage des ausgewählten Verdichtungsverhältnisses, Arbeiten in einem von einem ersten Modus mit einem höheren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff und einem zweiten Modus mit einem niedrigeren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff.
  11. System nach Anspruch 10, wobei der erste Modus ausgewählt wird, wenn das Verdichtungsverhältnis höher ist und der zweite Modus ausgewählt wird, wenn das Verdichtungsverhältnis niedriger ist.
  12. System nach Anspruch 10, wobei das höhere Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff Abgeben eines größeren Anteils des Kraftstoffs während eines Ansaugtakts und eines kleineren Anteils des Kraftstoffs während eines Verdichtungstakts relativ zu dem niedrigeren Aufteilungsverhältnis von Ansaugtakt- zu Verdichtungstakt-Direkteinspritzungskraftstoff beinhaltet.
  13. System nach Anspruch 10, wobei Kraftstoff später während eines Ansaugtakts und früher während eines Verdichtungstakts für den ersten Betriebsmodus relativ zu dem zweiten Betriebsmodus direkt eingespritzt wird.
  14. System nach Anspruch 10, wobei die Anzahl an Ansaugtakt-Direkteinspritzungen, die in dem ersten Modus durchgeführt wird, höher als im zweiten Modus ist.
  15. System nach Anspruch 10, wobei die Anzahl an Verdichtungstakt-Direkteinspritzungen, die in dem ersten Modus durchgeführt wird, niedriger als im zweiten Modus ist.
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