DE102018126677A1

DE102018126677A1 - Motor mit Kolbenheizsystem und Verfahren für dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102018126677A1
Application number: DE102018126677.4A
Authority: DE
Inventors: Christopher Polonowski; Eric Matthew Kurtz; Daniel William Kantrow
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-05-02
Also published as: US10508615B2; CN109723548A; US20190128212A1

Abstract

Bereitgestellt sind Verfahren und Systeme zum aktiven Erwärmen von Kolben in Brennräumen, um ein Drehmomentungleichgewicht in einem Motor zu verringern. In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren für den Betrieb eines Motors ein Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen in einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum und ein Betreiben eines Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf eine erste Kolbenbaugruppe anzuwenden, wobei die erste Kolbenbaugruppe einen im ersten Brennraum positionierten ersten Kolben enthält.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen einen Motor mit einem Kolbenheizsystem, das dazu ausgestaltet ist, Verdichtungsverhältnisse in Brennräumen in einem Motor einzustellen, und ein Verfahren für den Betrieb eines Motors mit einem Kolbenheizsystem.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
In Verdichtungsverhältnissen von Zylindern vorliegende Schwankungen können aufgrund der Fertigungstoleranzen verschiedener Komponenten sowie stapelungsbedingter Toleranzen in Komponentengruppen in Motoren auftreten. Beispielsweise können die bei Komponenten vorliegenden Toleranzen, welche die Quetschhöhe und das Muldenvolumen von Kolben beeinflussen, in Mehrzylindermotoren Schwankungen der Zylinderverdichtung hervorrufen. Oftmals kann das Verdichtungsverhältnis von Zylinder zu Zylinder um beispielsweise +/- 1,0 % schwanken, was Schwankungen hinsichtlich der von jedem Zylinder erzeugten Leistung hervorrufen kann. Demzufolge kann es vorkommen, dass der Energie- und Kraftstoffverbrauch des Motors sinkt und die Fahrbarkeit eines Fahrzeugs, in welchem der Motor eingebaut ist, beeinträchtigt wird. Diese Probleme können in Motoren mit Eigenzündung besonders häufig auftreten. Allerdings können sich in Verdichtungsverhältnissen vorliegende Schwankungen auch auf Motoren mit Fremdzündung negativ auswirken.
Ein von Cannata in US 7.827.943 B2 gezeigter beispielhafter Ansatz beinhaltet ein System, das ein Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder anhand einer mechanischen Baugruppe variiert, welche die Position einstellt, an der die Pleuelstange und der Kolben angebracht sind. Allerdings wird die Einstellbarkeit des Verdichtungsverhältnisses in Cannatas System auf Kosten der Funktionssicherheit des Motors erreicht. Beispielsweise ist Cannatas System mit mechanischer Einstellung des Verdichtungsverhältnisses aufgrund der Komplexität der mechanischen Komponenten, die zum Einstellen der Verdichtungsverhältnisse verwendet werden, möglicherweise anfällig für Funktionsstörungen und Fehler.
Die Erfinder haben die zuvor genannten Probleme im Zusammenhang mit vorbekannten Motoren erkannt und angesichts dieser Probleme in einem Beispiel ein Verfahren für den Betrieb eines Motors entwickelt, um diese Probleme zu beheben. Das Verfahren beinhaltet ein Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen in einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum und ein Betreiben eines Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf eine erste Kolbenbaugruppe anzuwenden, wobei die erste Kolbenbaugruppe einen im ersten Brennraum positionierten ersten Kolben enthält. Auf diese Weise kann das Verdichtungsverhältnis jedes Zylinders eingestellt werden, um Schwankungen zwischen den Verdichtungsverhältnissen im Motor zu reduzieren und das von den Zylindern erzeugte Maß an Drehmoment, so gewünscht, mithilfe eines robusten und funktionssicheren Verdichtungsverhältniseinstellungssystems zu stabilisieren. Folglich kann der Motorwirkungsgrad gesteigert werden, während zugleich durch das Drehmomentungleichgewicht hervorgerufene Probleme wegen Geräuschen, Schwingungen und Rauigkeit (Noise, Vibration, Harshness - NVH) reduziert werden. Solch eine Einstellung des Verdichtungsverhältnisses wird auch unter Verwendung eines zuverlässigen Systems ausgeführt, das nicht für Funktionsstörungen anfällig ist. Im Ergebnis können die Fahrbarkeit ebenso wie die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs verbessert werden, womit sich die Kundenzufriedenheit steigern lässt.
In einem Beispiel kann das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten eines an eine Schmierleitung gekoppelten Heizers beinhalten, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf eine erste Kolbenstange richtet, welche an den ersten Kolben und eine Kurbelwelle gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein Kolbenbaugruppenheizer in eine Schmieranlage integriert werden, um die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses effizient und zuverlässig einzuleiten.
In einem anderen Beispiel kann der an Brennräume im Motor abgegebene Wärmebetrag auf Grundlage der Motorlast variiert werden. In einem solchen Beispiel können Kolbenbaugruppenheizer, welche an den ersten und den zweiten Brennraum gekoppelt sind, bei Niedriglastbedingungen (bspw., wenn die Motorlast unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt) angeschaltet oder betrieben werden, damit ein an die Brennräume abgegebener Wärmebetrag erhöht wird, um die Verdichtungsverhältnisse in den Brennräumen anzuheben. Folglich kann das Kolbenheizsystem auch dazu verwendet werden, den feuerungstechnischen Wirkungsgrad im Motor bei Niedriglastbedingungen zu steigern, um ein Beispiel zu nennen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Abbildung eines Verbrennungsmotors, der ein Kolbenheizsystem beinhaltet.
2 zeigt eine Darstellung eines Querschnitts eines ersten Beispiels des Motors und Kolbenheizsystems, die in 1 gezeigt sind.
3 zeigt eine Darstellung eines Querschnitts eines zweiten Beispiels des Motors und Kolbenheizsystems, die in 1 gezeigt sind.
4 zeigt ein Verfahren für den Betrieb eines Verbrennungsmotors und Kolbenheizsystems.
5 zeigt ein anderes Verfahren für den Betrieb eines Verbrennungsmotors und Kolbenheizsystems.
6 zeigt ein Zeitdiagramm einer beispielhaften Steuerstrategie für ein Kolbenheizsystem.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Kolbenheizsystem und ein Verfahren zum Betreiben des Kolbenheizsystems, um das Verdichtungsverhältnis in einem oder mehreren Brennräumen in einem Motor einzustellen. Das Kolbenheizsystem beinhaltet Kolbenbaugruppenheizer, welche Motorkolbenbaugruppen (bspw. Kolben und Kolbenstangen) eine unabhängige zielgerichtete Erwärmung bereitstellen, was es ermöglicht, das Verdichtungsverhältnis zugehöriger Brennräume zu variieren. Ein wie hier definiertes Verdichtungsverhältnis ist ein Wert, der ein Verhältnis des Volumens eines Brennraums von dessen größtem Fassungsvermögen zu dessen kleinstem Fassungsvermögen repräsentiert. Es versteht sich, dass das Erwärmen oder Kühlen der Kolbenbaugruppe das Verdichtungsverhältnis des Brennraums erhöhen oder verringern kann, was an den Materialeigenschaften des Kolbens, der Kolbenstange, des Zylinderblocks und Zylinderkopfs liegt. Konkret wirkt sich die Temperatur volumetrisch auf den Kolben aus. Wird der Kolben isotherm erwärmt, so dehnt sich die volumetrische Form des Kolbens in alle Richtungen aus. In realen Motoren verhält sich die Kolbentemperatur jedoch nicht isotherm, weshalb die Ausdehnung entlang einer beliebigen Achse X (Breite, Höhe, Radius) als eine Funktion von Cexp = dT/dX variieren kann, wobei Cexp der Wärmeausdehnungskoeffizient bezüglich des Kolbenmaterials ist. Wird eine Abweichung hinsichtlich der Verdichtungsverhältnisse festgestellt, beispielsweise ausgehend von Signalen von Druck- oder Näherungssensoren, so kann die Kolbenbaugruppe (bspw. Kolben und Kolbenstange), welche dem Brennraum mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis entspricht, erwärmt werden, um die Abweichung des Verdichtungsverhältnisses zu reduzieren. Folglich kann der Motorwirkungsgrad gesteigert werden, während zugleich Probleme wegen Geräuschen, Schwingungen und Rauigkeit (NVH) im Motor reduziert werden. Darüber hinaus versteht es sich, dass das Kolbenheizsystem zuverlässiger als vorbekannte mechanische Systeme zum Einstellen von Verdichtungsverhältnissen von Zylindern ist. Zudem kann das Kolbenheizsystem auch dazu ausgestaltet sein, dass es die Kolben und/oder Kolbenstangen bei Niedriglast- und Kaltstartbedingungen erwärmt, um den Motorwirkungsgrad weiter zu steigern.
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Motors, der ein Kolbenheizsystem nutzt, das zum Variieren von Brennraum-Verdichtungsverhältnissen im Motor ausgestaltet ist. 2 zeigt ein erstes Beispiel für ein Kolbenheizsystem mit Schmiermittelerhitzern. 3 zeigt ein zweites Beispiel für ein Kolbenheizsystem mit einer Induktionsheizvorrichtung. 4 und 5 zeigen Verfahren für den Betrieb von Motoren und Kolbenheizsystemen zum Einstellen von Verdichtungsverhältnissen in dem Motor. 6 zeigt ein Zeitdiagramm einer beispielhaften Steuerstrategie für ein Kolbenheizsystem zum Reduzieren von Drehmomentungleichgewichten in einem Motor sowie zum Steigern des Motorwirkungsgrads.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Motor 10 mit einem Kolbenheizsystem 12 in einem Fahrzeug 14 schematisch dargestellt. 1 stellt zwar eine schematische Abbildung verschiedener Motor- und Kolbenheizsystemkomponenten bereit, doch versteht es sich, dass zumindest manche der Komponenten eine andere räumliche Position und größere strukturelle Komplexität als die in 1 gezeigten Komponenten aufweisen können. Die strukturellen Einzelheiten der Komponenten werden hier in Bezug auf 2-3 ausführlicher behandelt.
Ein Einlasssystem 16, das einem ersten Brennraum 18 und einem zweiten Brennraum 20 Ansaugluft bereitstellt, ist ebenfalls in 1 abgebildet. Ein erster Kolben 17 ist im ersten Brennraum 18 positioniert, und ein zweiter Kolben 19 ist im zweiten Brennraum 20 positioniert. Die Kolben 17 und 19 sind über mechanische Komponenten 23 (bspw. Kolbenstangen) an eine Kurbelwelle 21 gekoppelt. Jedes Kolbenpaar und die zugehörigen mechanischen Komponenten (bspw. Kolbenstangen) können als Kolbenbaugruppe bezeichnet werden. Die Brennräume, 18 und 20, sind durch einen an einen Zylinderkopf 24 gekoppelten Zylinderblock 22 ausgebildet. 1 bildet den Motor 10 zwar mit zwei Brennräumen ab. Dabei kann der Motor 10 in anderen Beispielen eine andere Anzahl an Brennräumen aufweisen. Zum Beispiel kann der Motor 10 in anderen Beispielen einen einzelnen Brennraum, drei Brennräume, sechs Brennräume, acht Brennräume usw. beinhalten. Darüber hinaus können die Brennräume in manchen Beispielen in verschiedenen Bänken angeordnet sein. Beispielsweise kann der erste Brennraum 18 in einer ersten Zylinderbank angeordnet sein, wohingegen der zweite Brennraum 20 in einer zweiten Zylinderbank angeordnet sein kann.
Das Einlasssystem 16 beinhaltet eine Ansaugleitung 26 und eine Drossel 28, die an die Ansaugleitung gekoppelt ist. Die Drossel 28 ist dazu konfiguriert, die Menge an Luftstrom zu regulieren, die den Brennräumen, 18 und 20, bereitgestellt wird. Im abgebildeten Beispiel führt die Ansaugleitung 26 einem Ansaugkrümmer 30 Luft zu. Der Ansaugkrümmer 30 wiederum leitet einem ersten Einlassventil 32 und einem zweiten Einlassventil 34 Luft über ein erstes Ansaugrohr 36 bzw. ein zweites Ansaugrohr 38 zu. In anderen Beispielen, wie etwa im Falle eines Einzylindermotors, kann die Ansaugleitung 26 Ansaugluft dabei direkt zu einem Einlassventil in einem Brennraum lenken.
Die Einlassventile 32 und 34 können durch Einlassventilaktoren, 40 bzw. 42, betätigt werden. Analog dazu können die Auslassventile 44 und 46 durch Auslassventilaktoren, 48 bzw. 50, betätigt werden. In einem Beispiel können die Einlassventilaktoren 40 und 42 und die Auslassventilaktoren 48 und 50 Nocken nutzen, die jeweils an eine Einlass- bzw. Auslassnockenwelle (nicht gezeigt) gekoppelt sind, um die Ventile zu öffnen/schließen. Die Einlass- und Auslassnockenwelle, um mit dem Beispiel des durch Nocken angetriebenen Ventilaktors fortzufahren, können drehbar an eine Kurbelwelle gekoppelt sein. In einem solchen Beispiel können die Ventilaktoren ferner eines oder mehrere der Systeme zur Nockenprofilverstellung (CPS), variablen Nockenzeitsteuerung (VCT), variablen Ventilsteuerung (VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL) zum Variieren des Ventilbetriebs nutzen. Daher können Nockensteuerungsvorrichtungen verwendet werden, um die Ventilsteuerung zu variieren, so gewünscht. Somit versteht es sich, dass eine Ventilüberschneidung auftreten kann. In einem anderen Beispiel können die Einlass- und/oder Auslassventilaktoren, 40, 42, 48 und 50, anhand elektronischer Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann es sich bei den Ventilaktoren, 40, 42, 48 und 50, um elektronische Ventilaktoren handeln, die anhand elektronischer Betätigung gesteuert werden. In einem weiteren Beispiel kann der Motor 10 alternativ Auslassventile, die anhand elektrischer Ventilbetätigung gesteuert werden, und Einlassventile, welche mittels Nockenbetätigung gesteuert werden, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme, oder umgekehrt, beinhalten. In weiteren Ausführungsformen können das Einlass- und Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem gesteuert werden.
Der Motor 10 beinhaltet ferner eine Schmieranlage 52, welche Schmiermittel an Motorkomponenten wie etwa den Kolben, 17 und 19, die Kurbelwelle 21, die mechanischen Komponenten 23 usw. bereitstellt. Die Schmieranlage 52 beinhaltet einen Schmiermitteltank 54, welcher Schmiermittel von den geschmierten Komponenten (bspw. Kolben, Kurbelwelle, Kolbenstangen usw.) aufnimmt. Daher können der Schmiermitteltank 54 und die Schmieranlage 52 dazu ausgestaltet sein, Ablassöl von den geschmierten Komponenten wie etwa den Kolben 17 und 19, der Kurbelwelle 21, den mechanischen Komponenten 23 usw. aufzunehmen. Beispielsweise kann der Schmiermitteltank 54 unterhalb der geschmierten Komponenten positioniert sein, um Öl aufzunehmen, das auf die geschmierten Komponenten gesprüht oder anderweitig an sie abgegeben wurde. Im dargestellten Beispiel ist im Schmiermitteltank 54 eine Schmiermittelpumpe 56 positioniert. Dabei kann die Schmiermittelpumpe 56 in anderen Beispielen außerhalb des Schmiermitteltanks positioniert sein, wobei sich eine Aufnahmeleitung in den Tank erstreckt. Die Schmiermittelpumpe 56 ist dazu konfiguriert, unter Druck gesetztes Schmiermittel zu einer Vielzahl von Schmierleitungen 58 fließen zu lassen. Die Vielzahl von Schmierleitungen 58 ist schematisch dargestellt. Dabei versteht es sich, dass sich die Schmierleitungen durch verschiedene Abschnitte des Zylinderblocks 22 und/oder Zylinderkopfs 24 erstrecken können, um den Kolben, 17 und 19, der Kurbelwelle 21, den mechanischen Komponenten 23 usw. Schmiermittel bereitzustellen. Die Schmieranlage 52 kann ferner Düsen beinhalten, die dazu ausgestaltet sind, Schmiermittel auf die Kolben, Kurbelwelle usw. zu sprühen oder anderweitig darauf zu richten, und die hier in Bezug auf 2 und 3 ausführlicher behandelt werden. Die Schmieranlage 52 beinhaltet zudem Ventile, die dazu ausgestaltet sind, den Durchsatz des den geschmierten Komponenten bereitgestellten Schmiermittels zu regulieren, was hier in Bezug auf 2 und 3 ausführlicher behandelt wird.
Das Kolbenheizsystem 12 beinhaltet einen ersten Kolbenbaugruppenheizer 62, der an den ersten Brennraum 18 gekoppelt ist, und einen zweiten Kolbenbaugruppenheizer 64, welcher an den zweiten Brennraum 20 gekoppelt ist. Die Kolbenbaugruppenheizer, 62 und 64, sind dazu konfiguriert, den Kolben, 17 und 19, variierte Wärmebeträge bereitzustellen. Das Variieren des Wärmebetrags, der den Kolben bereitgestellt wird, ermöglicht es, die Verdichtungsverhältnisse in den Brennräumen einzustellen. Auf diese Weise können die Verdichtungsverhältnisse in bestimmten Zylindern abgestimmt werden, um Drehmomentungleichgewichte im Motor zu reduzieren sowie den feuerungstechnischen Wirkungsgrad im Motor 10 zu steigern. Steuerstrategien, die verwendet werden, um die Verdichtungsverhältnisse im Motor zu variieren, werden hier ausführlicher behandelt. Bei dem ersten Kolbenbaugruppenheizer 62 und/oder dem zweiten Kolbenbaugruppenheizer 64 kann es sich in einem Beispiel um elektrische Heizvorrichtungen handeln, die dazu ausgestaltet sind, Schmiermittel zu erwärmen, das zu dem ersten Kolben 17, dem zweiten Kolben 19 und/oder den mechanischen Komponenten 23 (bspw. Kolbenstangen), welche mit den Kolben verbunden sind, geleitet wird. In einem solchen Beispiel kann eine Energiespeichervorrichtung 66 dem ersten Kolbenbaugruppenheizer 62 und dem zweiten Kolbenbaugruppenheizer 64 elektrische Leistung zuführen. Dabei kann es sich bei dem ersten Kolbenbaugruppenheizer 62 und/oder dem zweiten Kolbenbaugruppenheizer 64 in anderen Beispielen um Induktionsheizvorrichtungen handeln, die dazu ausgestaltet sind, dem ersten Kolben 17, dem zweiten Kolben 19 und/oder den mechanischen Komponenten 23 (bspw. Kolbenstangen) per Induktionserwärmung angestrebte Wärmebeträge bereitzustellen. Konkret können die Induktionsheizvorrichtungen in einem Beispiel dazu ausgestaltet sein, Kolbenstangen zu erwärmen, wenn die Stangen unter eine Brennraumlaufbuchse absinken. Ferner können der erste Kolbenbaugruppenheizer 62 und/oder der zweite Kolbenbaugruppenheizer 64 in anderen Beispielen einen Wärmetauscher enthalten, der dazu konfiguriert ist, Wärme vom Motorkühlmittel auf das Schmiermittel zu übertragen, das an den ersten Kolben 17, den zweiten Kolben 19 und/oder die mechanischen Komponenten 23 (bspw. Kolbenstangen), welche an die Kolben und die Kurbelwelle 21 gekoppelt sind, abgegeben wird. Auf diese Weise kann überschüssige Wärme im Motorkühlsystem auf das Kolbenheizsystem übertragen werden, um den Motorwirkungsgrad zu steigern. Zu anderen Arten von Kolbenbaugruppenheizern, die in dem Kolbenheizsystem verwendet werden können, gehören elektrische Heizelemente, Wärmepumpenvorrichtungen, ein Kühlmittel für Ölwärmetauscher usw. Es versteht sich, dass es durch das Erwärmen der Kolbenbaugruppen (bspw. Kolben und/oder Kolbenstangen) ermöglicht wird, dass sich die Kolben und/oder Kolbenstangen wärmebedingt ausdehnen, sodass sich das Verbrennungsverhältnis des entsprechenden Brennraums erhöht. Die Wärmeausdehnung der Kolben und Kolbenstangen kann proportional zu ihrer vertikalen Länge sein. In manchen Beispielen können die Kolbenstangen größer (bspw. dreimal größer) als der Kolben sein. Demnach kann das Erwärmen der Kolbenstange eine erhebliche Auswirkung auf die Zunahme des Verdichtungsverhältnisses haben.
Das Kolbenheizsystem 12 kann dazu ausgestaltet sein, dass es die Erwärmung variiert, welche an angezielte Kolben und/oder Kolbenstangen abgegeben wird, um im Verdichtungsverhältnis vorliegende Abweichungen im Motor 10 zu verringern. Durch das Verringern einer im Verdichtungsverhältnis vorliegenden Abweichung lassen NVH-Probleme im Motor nach, während der feuerungstechnische Wirkungsgrad zugleich gesteigert wird. Wenn beispielsweise bestimmt wird, dass einer der Brennräume ein geringeres Verdichtungsverhältnis als der andere Brennraum aufweist, so können der Kolben im Inneren des Brennraums und/oder die Kolbenstange mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis erwärmt werden, um das Verdichtungsverhältnis des Brennraums zu erhöhen. Infolgedessen kann die im Verdichtungsverhältnis vorliegende Abweichung verringert werden. Das Kolbenheizsystem 12 kann in einem Beispiel auch dazu konfiguriert sein, dass es bei Niedriglast- und/oder Kaltstartbedingungen Wärme an die Kolben 17 und 19 abgibt, um den Motorwirkungsgrad weiter zu steigern. Bei einer Niedriglastbedingung kann es sich um eine Bedingung handeln, bei welcher die Motorlast unter einem Schwellenwert liegt, und eine Kaltstartbedingung kann eine Bedingung sein, bei der die Motortemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Der Motorlastschwellendruck kann in einem Beispiel 10 bar des mittleren effektiven Bremsdrucks (BMEP) betragen. Allerdings versteht es sich, dass der Schwellenwert für die Motorlast von der Größe und Anwendung des Motors abhängig sein kann. In anderen Beispielen kann der Schwellenwert für die Niedriglastbedingungen annähernd dem maximalen BMEP entsprechen, dem der Motor in einem Beispiel während eines Stadt- oder Schnellstraßenfahrzyklus unterliegt. Zudem versteht es sich, dass der Schwellenwert für die Motorlast auch stark vom Übersetzungsverhältnis oder der Achsübersetzung des Fahrzeugs abhängig sein kann. Der Schwellenwert für die Motortemperatur kann in einem Fall der Kühlmitteltemperatur des Motors entsprechen, wenn die Steuerung - in einem Beispiel - Betriebsmodi bei ungefähr 65 °C ändert. Alternativ kann der Schwellenwert für die Motortemperatur auf Grundlage dessen bestimmt werden, ob die Temperatur des Abgaskrümmers oder die Temperaturen am Katalysatoraustritts die T80-Temperatur des Katalysators übersteigen, wobei es sich um die Temperatur handelt, bei welcher der Katalysator 80 % der Abgasemissionen an NO_x- oder Gesamt-Kohlenwasserstoff-Emissionen (THC) konvertiert.
Der Motor 10 beinhaltet zudem ein Motorkühlsystem 68, das dazu konfiguriert ist, Wärme aus dem Motor 10 und konkret von dem Zylinderblock 22 und dem Zylinderkopf 24 abzuführen. Das Motorkühlsystem 68 beinhaltet einen Motorkühlmittelmantel 70. Der Darstellung gemäß ist der Motorkühlmittelmantel 70 im Zylinderkopf 24 positioniert. Dabei versteht es sich, dass der Zylinderblock 22 in anderen Beispielen zusätzlich oder alternativ einen Kühlmittelmantel aufweisen kann. Darüber hinaus versteht es sich, dass der Motorkühlmittelmantel 70 eine Vielzahl von Durchlässen aufweisen kann, welche Kühlmittel um Bereiche im Motor mit hohen Temperaturen wie etwa die Brennräume leiten. Der Motorkühlmittelmantel 70 weist einen Einlass 72, der Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe 74 aufnimmt, und einen Auslass 76 auf, welcher Kühlmittel an einen Wärmetauscher 78 (bspw. Kühler) abgibt, der dazu ausgestaltet ist, Wärme aus dem ihn durchfließenden Kühlmittel abzuführen. Auf diese Weise kann in dem Motorkühlsystem 68 ein Kühlmittelkreis ausgebildet werden. Auch Kühlmittelleitungen 80 mit in den Kühlmittelleitungen positionierten Ventilen 82 können in das Motorkühlsystem 68 integriert werden. In anderen Beispielen kann allerdings nur eine der Kühlmittelleitungen 80 ein Ventil beinhalten. Die Kühlmittelleitungen 80 können dazu konfiguriert sein, erwärmtes Kühlmittel durch Schmierleitungen in der Schmieranlage zu leiten, um Schmiermittel zu erwärmen. In einem solchen Beispiel kann das Motorkühlmittel verwendet werden, um zu den Kolben, 17 und 19, geleitetes Schmiermittel zu erwärmen. Daher können die Kühlmittelleitungen 80 in einem Beispiel in die Kolbenbaugruppenheizer, 62 und 64, integriert werden.
Ein Kraftstoffzufuhrsystem 84 ist ebenfalls in 1 gezeigt. Das Kraftstoffzufuhrsystem 84 stellt Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 86 unter Druck gesetzten Kraftstoff bereit. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 86 um Kraftstoffdirekteinspritzvorrichtungen, die an den ersten und zweiten Brennraum, 18 bzw. 20, gekoppelt sind. Zusätzlich oder alternativ kann das Kraftstoffzufuhrsystem 84 auch eine Kraftstoffsaugrohreinspritzvorrichtung beinhalten, die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff stromaufwärts der Brennräume in das Einlasssystem 16 einzuspritzen. Das Kraftstoffzufuhrsystem 84 beinhaltet einen Kraftstofftank 88 und eine Kraftstoffpumpe 90, die dazu ausgestaltet ist, unter Druck gesetzten Kraftstoff zu stromabwärts gelegenen Komponenten fließen zu lassen. Das Kraftstoffzufuhrsystem 84 kann herkömmliche Komponenten wie etwa eine Hochdruckkraftstoffpumpe, Rückschlagventile, Rückförderleitungen usw. beinhalten, um zu es ermöglichen, dass den Einspritzvorrichtungen Kraftstoff mit gewünschten Drücken bereitgestellt wird.
Ein Abgassystem 92, das zum Behandeln von Abgas aus den Brennräumen, 18 und 20, konfiguriert ist, ist ebenfalls in dem in 1 abgebildeten Fahrzeug 14 enthalten. Das Abgassystem 92 beinhaltet das Auslassventil 44 und 46, das dazu ausgestaltet ist, sich zu öffnen und zu schließen, um den Strom von Abgas aus den Brennräumen zu stromabwärts gelegenen Komponenten zu gestatten oder zu sperren. Das Abgassystem 92 beinhaltet zudem Abgasrohre 93, die eine Fluidverbindung zwischen einem Abgaskrümmer 94 und dem ersten und dem zweiten Brennraum 18 und 20 bereitstellen. Das Abgassystem 92 beinhaltet außerdem eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung 96, die an eine Abgasleitung 98 stromabwärts des Abgaskrümmers 94 gekoppelt ist. Die Emissionsbegrenzungsvorrichtung 96 kann Filter, Katalysatoren, Absorber usw. zum Reduzieren der Auspuffemissionen beinhalten.
Ein Abgasrückführungs(AGR)-System 140 ist ebenfalls in 1 gezeigt. Das AGR-System 140 beinhaltet eine AGR-Leitung 142, die fluidisch an das Einlasssystem 16 und das Abgassystem 92 gekoppelt ist. Daher kann das AGR-System 140 dazu ausgestaltet sein, Abgas vom Abgassystem 92 zum Einlasssystem 16 strömen zu lassen. Das AGR-System 140 beinhaltet ferner ein AGR-Ventil 144, das dazu konfiguriert ist, einen Durchsatz von Abgas einzustellen, welches die AGR-Leitung 142 durchströmt. Ein AGR-Kühler 146 ist ebenfalls in dem AGR-System 140 enthalten. Der AGR-Kühler 146 ist dazu konfiguriert, Wärme aus Abgas abzuführen, das die AGR-Leitung142 durchströmt. Beispielsweise kann der AGR-Kühler 146 Kühlmittelleitungen aufweisen, welche Kühlmittel nahe Abgasleitungen zirkulieren. Dabei sind etliche Ausgestaltungen von AGR-Kühlern vorgesehen.
Während des Motorbetriebs durchlaufen die Brennräume 18 und 20 typischerweise einen Viertaktzyklus, zu dem ein Ansaugtakt, ein Verdichtungstakt, ein Arbeitstakt und ein Ausstoßtakt gehören. Während des Ansaugtaktes schließen sich im Allgemeinen die Auslassventile, und die Einlassventile öffnen sich. Luft wird über die entsprechende Ansaugleitung in den Brennraum eingeleitet, und der Kolben bewegt sich zum Boden des Brennraums, sodass sich das Volumen im Inneren des Brennraums vergrößert. Die Position, an der sich der Kolben nahe dem Boden des Brennraums und am Ende seines Taktes befindet (z. B., wenn der Brennraum sein größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstaktes sind die Einlass- und Auslassventile geschlossen. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, um die Luft im Inneren des Brennraums zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben am Ende seines Taktes und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B., wenn der Brennraum sein geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem hier als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in den Brennraum eingebracht. In einem hier als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff im Brennraum mittels Verdichtung gezündet, was zur Verbrennung führt. In anderen Beispielen jedoch kann eine Funkenabgabe von einer Zündvorrichtung verwendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum zu zünden. Während des Arbeitstaktes drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück zum UT. Eine Kurbelwelle wandelt diese Kolbenbewegung in ein Drehmoment der rotierenden Welle um. Während des Ausstoßtakts werden die Auslassventile in einer herkömmlichen Ausgestaltung geöffnet, um das restliche verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch in die entsprechenden Auslassdurchlässe freizugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück.
1 zeigt auch eine Steuerung 100 in dem Fahrzeug 14. Insbesondere ist die Steuerung 100 in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, einen Nur-Lese-Speicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 100 ist dazu konfiguriert, verschiedene Signale von Sensoren zu empfangen, die an den Motor 10 gekoppelt sind. Zu den Sensoren können ein Motorkühlmitteltemperatursensor 120, Abgaszusammensetzungssensor 122, Abgasluftstromsensor 123, Ansaugluftstromsensor 124, Brennraumtemperatursensoren 126, an die Brennräume 18 und 20 gekoppelte Druckmessumformer 128, ein Motordrehzahlsensor 130, Klopfsensor 132 usw. gehören. In anderen Beispielen können zu den Sensoren des Weiteren Näherungssensoren gehören, die an die Brennräume 18 und 20 gekoppelt sind. Die Druckmessumformer und/oder Näherungssensoren können dazu verwendet werden, die Verdichtungsverhältnisse der zugehörigen Brennräume zu ermitteln. In anderen Beispielen können anstelle von Näherungssensoren Druckmessumformer verwendet werden. Zudem ist die Steuerung 100 auch dazu konfiguriert, die Drosselposition (Throttle Position - TP) von einem Drosselpositionssensor 112 zu empfangen, der an ein Pedal 114 gekoppelt ist, das durch einen Fahrzeugführer 116 betätigt wird.
Zudem kann die Steuerung 100 dazu konfiguriert sein, einen oder mehrere Aktoren anzusteuern und/oder Befehle an Komponenten zu senden. Zum Beispiel kann die Steuerung 100 die Einstellung der Drossel 28, der Schmieranlage 52, der Einlassventilaktoren 40 und 42, der Auslassventilaktoren 48 und 50, des Kolbenheizsystems 12, Motorkühlsystems 68, AGR-Systems 140 und/oder des Kraftstoffzufuhrsystems 84 auslösen. Konkret kann die Steuerung 100 dazu konfiguriert sein, Signale an den ersten Kolbenbaugruppenheizer 62 und den zweiten Kolbenbaugruppenheizer 64 zu senden, um den Kolben bereitgestellte Wärmebeträge einzustellen. Die Steuerung 100 kann auch dazu konfiguriert sein, Steuersignale an die Schmiermittelpumpe 56 zu senden, um einen Durchsatz von erwärmtem Schmiermittel, das den Kolben bereitgestellt wird, einzustellen, um ein Beispiel zu nennen. Zudem kann die Steuerung 100 dazu konfiguriert sein, Steuersignale an das Ventil 82 zu senden, um den Umfang der Kühlmittelströmung, die der Schmieranlage 52 bereitgestellt wird, einzustellen. Darüber hinaus kann die Steuerung 100 dazu konfiguriert sein, Steuersignale an die Kraftstoffpumpe 90 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 86 zu senden, um die Menge und Taktung der Kraftstoffeinspritzung, die den Brennräumen 18 und 20 bereitgestellt wird, zu steuern. Die Steuerung 100 kann in einem Beispiel auch dazu konfiguriert sein, Stellsignale an das AGR-Ventil 144 und den AGR-Kühler 146 zu senden.
Demzufolge empfängt die Steuerung 100 Signale von den verschiedenen Sensoren und setzt die verschiedenen Aktoren ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen anzupassen, die in einem Speicher (bspw. nichtflüchtigen Speicher) der Steuerung gespeichert sind. Daher versteht es sich, dass die Steuerung 100 Signale an das Kolbenheizsystem 12 senden und von diesem empfangen kann.
Beispielsweise kann das Einstellen des ersten Kolbenbaugruppenheizers ein Einstellen eines Kolbenbaugruppenheizeraktors beinhalten, um den Kolbenbaugruppenheizer einzustellen. In einem weiteren Beispiel kann das Einstellen des Wärmebetrags, welcher über die Kolbenbaugruppenheizer, 62 und 64, an die Kolben abgegeben wird, empirisch bestimmt und in vorgegebenen Verweistabellen und/oder Funktionen gespeichert werden. Beispielsweise kann eine Tabelle dem Bestimmen eines Umfangs der an einen Kolben abgegebenen Kolbenerwärmung, wenn eine Abweichung hinsichtlich Brennraum-Verdichtungsverhältnissen vorliegt, entsprechen, und eine Tabelle kann dem Bestimmen eines Umfangs der an Kolben im Motor abgegebenen Kolbenerwärmung auf der Grundlage von Änderungen der Motorlast entsprechen. Die Tabellen können auf Motorbetriebsbedingungen indiziert sein, wie unter anderen Motorbetriebsbedingungen etwa die Motortemperatur und Motorlast. Außerdem können die Tabellen eine Kraftstoffmenge ausgeben, die bei jedem Zylinderzyklus über die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in die Brennräume einzuspritzen ist.
2 zeigt ein erstes Beispiel für einen Verbrennungsmotor 200 und ein Kolbenheizsystem 202 im Querschnitt. Die z-Achse und x-Achse sind in 2 sowie 3 als Referenz bereitgestellt. In einem Beispiel kann die z-Achse parallel zu einer Gravitationsachse verlaufen. In anderen Beispielen jedoch sind andere Ausrichtungen der z-Achse vorgesehen. Es versteht sich, dass der Motor 200 und das Kolbenheizsystem 202, gezeigt in 2, Beispiele für den Motor 10 und das Kolbenheizsystem 12 darstellen, die in 1 gezeigt sind. Daher können in 1 gezeigte Merkmale in dem Motor 10 und Kolbenheizsystem 12 in dem in 2 gezeigten Motor 200 und Kolbenheizsystem 202 enthalten sein - oder umgekehrt.
2 zeigt den Motor 200, der einen Zylinderblock 204 beinhaltet, welcher an einen Zylinderkopf 206 gekoppelt ist, wodurch ein Brennraum 208 ausgebildet wird. In 2 ist zwar nur ein Zylinder abgebildet, doch versteht es sich, dass der Motor 200 zusätzliche Brennräume und Kolbenheizsystemkomponenten beinhalten kann, welche jenen in 2 abgebildeten ähneln. Daher können die Brennräume in dem Motor ähnliche Kolbenbaugruppenheizer, Schmierleitungen usw. beinhalten. Außerdem sind der Darstellung entsprechend ein Auslassventil 210 und ein Einlassventil 212 an den Brennraum 208 gekoppelt. Dementsprechend sind in 2 auch eine Einlassleitung 214 und eine Auslassleitung 216 abgebildet, die eine Fluidverbindung zwischen stromaufwärts gelegenen Einlasssystemkomponenten und stromabwärts gelegenen Auslasssystemkomponenten bereitstellen.
Ein Kolben 218 ist im Inneren des Brennraums 208 angeordnet. Der Kolben 218 ist mit Kolbenringen 220 versehen, die dazu ausgestaltet sind, den Brennraum 208 abzudichten. Eine Kolbenstange 222 ist am Kolben 218 und einer Kurbelwelle 224 angebracht. Der Kolben 218 und die Kolbenstange 222 können in einer Kolbenbaugruppe beinhaltet sein.
Das Kolbenheizsystem 202 beinhaltet eine Schmierleitung 226 und ein an die Schmierleitung gekoppeltes Ventil 228. Das Ventil 228 ist dazu konfiguriert, eine Menge an Schmiermittel einzustellen, welche durch die Schmierleitung 226 fließen gelassen wird. Bei dem Ventil 228 sowie anderen hier beschriebenen Schmiermittelventilen kann es sich um ein elektrisch angesteuertes An/Aus-Magnetventil handeln, um ein pneumatisch betätigtes An/Aus-Magnetventil, ein elektrisch angesteuertes An/Aus-Piezostapelventil, ein elektrisch angesteuertes Proportionalventil oder ein pneumatisch betätigtes Proportionalventil.
Eine Düse 230 ist am Ende der Schmierleitung 226 positioniert. Die Düse 230 ist dazu ausgestaltet, Schmiermittelspray auf eine Unterseite 232 des Kolbens 218 zu richten. Das Kolbenheizsystem 202 beinhaltet zudem einen an die Schmierleitung 226 gekoppelten Kolbenbaugruppenheizer 234. In einem Beispiel kann es sich bei dem Kolbenbaugruppenheizer um eine elektrische Heizvorrichtung handeln. In anderen Beispielen jedoch kann der Kolbenbaugruppenheizer erwärmtes Kühlmittel vom Motorkühlsystem 68, gezeigt in 1, aufnehmen, um das Schmiermittel zu erwärmen, das die Schmierleitung 226 durchfließt.
Das Kolbenheizsystem 202 kann auch eine Schmiermittelleitung 236 und ein an die Schmiermittelleitung gekoppeltes Ventil 238 beinhalten. Das Ventil ist dazu konfiguriert, eine Menge an Schmiermittel einzustellen, welche zu den Schmierleitungen 240 fließen gelassen wird. Am Ende der Schmierleitungen 240 sind Düsen 242 positioniert. Die Düsen 242 sind dazu ausgestaltet, Schmiermittel auf die Kolbenstange 222 zu sprühen. An die Schmierleitungen 240 kann ein anderer Kolbenbaugruppenheizer 244 gekoppelt sein. In anderen Beispielen jedoch kann nur einer der Kolbenbaugruppenheizer, 234 und 244, in dem Kolbenheizsystem 202 enthalten sein. Auch hier kann es sich bei dem Kolbenbaugruppenheizer 244 in einem Beispiel um eine elektrische Heizvorrichtung handeln, oder - in anderen Beispielen - kann er erwärmtes Kühlmittel aus dem Motorkühlsystem aufnehmen, wie zuvor behandelt. Wenn die Kolbenbaugruppenheizer erwärmtes Kühlmittel aus dem Motorkühlsystem aufnehmen, dann kann der Kühlmittelstrom zu dem Heizer variiert werden, um den Umfang der Erwärmung einzustellen, welche der Kolbenbaugruppenheizer dem ihn durchfließenden Schmiermittel bereitstellt.
Auch ein Drucksensor 246 (bspw. Druckmessumformer) ist in 2 gezeigt. Der Drucksensor 246 erstreckt sich durch den Zylinderkopf 206 in den Brennraum 208. Der Drucksensor 246 ist dazu konfiguriert, den Druck im Brennraum 208 zu erfassen. Ein Drucksignal vom Drucksensor 246 kann zum Bestimmen des Verdichtungsverhältnisses des Brennraums verwendet werden. In anderen Beispielen kann der Motor 200 zusätzlich oder alternativ einen Näherungssensor beinhalten, der die Nähe des Kolbens zu einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 206 erfasst, damit das Verdichtungsverhältnis des Brennraums 208 bestimmt werden kann. In einem solchen Beispiel kann sich der Näherungssensor ähnlich dem Drucksensor durch den Zylinderkopf erstrecken. Ein Temperatursensor 248 erstreckt sich der Darstellung gemäß ebenfalls durch den Zylinderblock 204 in den Brennraum 208. Der Temperatursensor 248 ist dazu konfiguriert, die Temperatur im Brennraum 208 zu bestimmen. Der Motor 200 beinhaltet zudem einen an die Kurbelwelle 224 gekoppelten Motordrehzahlsensor 250, der dazu ausgestaltet ist, die Tourenzahl der Kurbelwelle zu erfassen.
Eine Kraftstoffdirekteinspritzvorrichtung 252 ist der Darstellung gemäß ebenfalls an den Brennraum 208 gekoppelt. Dabei kann in dem Motor zusätzlich oder alternativ eine Kraftstoffsaugrohreinspritzvorrichtung beinhaltet sein. Es versteht sich, dass das Ventil 228, das Ventil 238, der Kolbenbaugruppenheizer 234 und der Kolbenbaugruppenheizer 244 Steuersignale von der Steuerung 100, gezeigt in 1, empfangen können. Demnach können der Wärmebetrag, der an das Schmiermittel abgegeben wird, welches die Schmierleitungen 226 und 240 durchfließt, sowie der Durchsatz des die Schmierleitungen passierenden Schmiermittels variiert werden. Die Variation der Erwärmung von Schmiermittel und/oder des Durchsatzes von Schmiermittel ermöglicht es, die Wärme zu variieren, welche an den Kolben und/oder die Kolbenstange abgegeben wird, um eine Einstellung des Verdichtungsverhältnisses im Brennraum einzuleiten. Wenn beispielsweise der Kolben erwärmt wird, so nimmt die Axiallänge 253 des Kolbens zu, wodurch das Verdichtungsverhältnis im Brennraum 208 reduziert wird. In einem Beispiel kann der Kolben aus einem Metall wie etwa Stahl, Aluminium usw. gefertigt sein. Die Ausweitung des Kolbens kann vom Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit und dem Wärmeübergangskoeffizienten (bspw. konduktiven und/oder konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten) des Kolbens abhängig sein. Beim Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Wärmeleitfähigkeit handelt es sich um Eigenschaften des Kolbenmaterials, und sie können entlang der Höhe des Kolbens variieren, wenn der Kolben nicht aus einem Einzelmaterial besteht, wie etwa einer Baugruppe kleinerer Komponenten mit verschiedenen Materialien (d. h. Aluminium, Stahl usw.) oder Legierungen. Der Wärmeübergangskoeffizient ist von der Oberfläche, Rauigkeit und dem Material des Kolbens abhängig. In einem Beispiel könnte die Unterseite des Kolbens aufgeraut werden, um die Oberfläche zu vergrößern und den konvektiven Wärmeübergang zu erhöhen, was die Empfindlichkeit des Verdichtungsverhältnisses gegenüber den kühlenden/erwärmenden Strahlen und Heizern erhöhen würde. Darüber hinaus wird sich die Querschnittsfläche des Kolbens auf die Temperaturgradienten im Inneren des Kolbens auswirken, was die Empfindlichkeit des Verdichtungsverhältnisses gegenüber den kühlenden/erwärmenden Strahlen und Heizern erhöhen wird.
3 zeigt ein anderes Beispiel für einen Verbrennungsmotor 300 und ein Kolbenheizsystem 302 im Querschnitt. Der Motor 300 und das Kolbenheizsystem 302 sind Beispiele für den Motor 10 und das Kolbenheizsystem 12, die in 1 gezeigt sind. Daher können in 1 gezeigte Merkmale in dem Motor 10 und Kolbenheizsystem 12 in dem in 3 gezeigten Motor 300 und Kolbenheizsystem 302 enthalten sein - oder umgekehrt. Darüber hinaus können der Verbrennungsmotor 300 und das Kolbenheizsystem 302 ähnliche Merkmale wie der Verbrennungsmotor 200 und das Kolbenheizsystem 202 aufweisen, die in 2 gezeigt sind. Aus diesem Grund wird auf eine doppelte Beschreibung verzichtet.
Der Motor 300 beinhaltet einen Zylinderblock 304, der an einen Zylinderkopf 306 gekoppelt ist, wodurch ein Brennraum 308 ausgebildet wird. Der Motor 300 beinhaltet zudem eine Brennraumlaufbuchse 310. Außerdem sind der Darstellung entsprechend ein Auslassventil 312 und ein Einlassventil 314 an den Brennraum 308 gekoppelt. Dementsprechend sind in 3 auch eine Einlassleitung 316 und eine Auslassleitung 318 abgebildet, die eine Fluidverbindung zwischen stromaufwärts gelegenen Einlasssystemkomponenten und stromabwärts gelegenen Auslasssystemkomponenten bereitstellen.
Das Kolbenheizsystem 302 beinhaltet eine Induktionsheizvorrichtung 320. Die Induktionsheizvorrichtung 320 kann zumindest teilweise um eine Kolbenstange 322, die an einen im Brennraum 308 positionierten Kolben 324 gekoppelt ist, verlaufen. In einem Beispiel kann die Induktionsheizvorrichtung 320 einen isolierten Draht aufweisen, der wiederholt gewunden ist, um einen Ring auszubilden, welcher gemeinhin als Induktionsspule bezeichnet wird. In manchen Fällen ist der Innendurchmesser der Induktionsspule eventuell nicht geringer als der Bohrungsdurchmesser der Zylinder des Motors. Ferner kann die Induktionsspule in einem solchen Beispiel am Boden der Zylinderlaufbuchse oder -bohrung angebracht sein, sodass die Kolbenstange durch die Mitte der Induktionsspule hindurch tritt. In einem Beispiel kann die Induktionsspule um die Laufbuchse gewickelt sein. In einem anderen Beispiel kann die Induktionsspule im Blockmaterial eingebettet sein. Allerdings sind die Laufbuchse und der Motorblock in diesen Beispielen typischerweise aus Metall gefertigt und würden dadurch die Induktionserwärmung der Kolbenstange stören. Auf die Induktionsspule - um mit dem Beispiel der Induktionsspule fortzufahren - kann mit einem elektrisch leitenden Metallteil, das in der Induktionsspule positioniert ist, Wechselstrom angelegt werden. Der Wechselstrom in der Induktionsspule generiert Wirbelströme innerhalb des elektrisch leitenden Metallteils, was das elektrisch leitende Metallteil erwärmt. Ferner versteht es sich, dass die Induktionsheizvorrichtung 320 die Kolbenstange 322 erwärmen kann, wenn die Stange unter die Brennraumlaufbuchse 310 absinkt, um ein Beispiel zu nennen. In einem solchen Beispiel kann die Induktionsheizvorrichtung 320 den Kolben nicht direkt erwärmen, dafür jedoch die Kolbenstange, die wiederum den Kolben erwärmt. Deswegen kann die Induktionsheizvorrichtung 320 in einem Beispiel vertikal unterhalb der Brennraumlaufbuchse 310 positioniert werden, um eine direkte Erwärmung der Laufbuchse zu verhüten. Es sind jedoch auch andere Positionen für die Induktionsheizvorrichtung vorgesehen.
Die Kolbenstange 322 ist der Darstellung entsprechend zudem drehbar an einer Kurbelwelle 326 angebracht. Zudem erstreckt sich die Induktionsheizvorrichtung 320 durch die Brennraumlaufbuchse 310. Die Induktionsheizvorrichtung 320 kann dazu konfiguriert sein, die Kolbenstange und/oder den Kolben per Induktion zu erwärmen. Daher kann die Induktionsheizvorrichtung 320 Komponenten wie etwa einen Elektromagneten, einen eine Oszillatorschaltung, Spulen usw. beinhalten, die es ermöglichen, dass in der Kolbenstange und/oder dem Kolben Wirbelströme generiert werden, um darin Wärme zu erzeugen, wie weiter oben besprochen. Das Verwenden von Induktionsheizvorrichtungen zum Erwärmen der Kolben geht mit dem Vorteil einher, dass der Kolben unabhängig vom Betrieb der Schmieranlage erwärmt werden kann. Darüber hinaus können Induktionsheizvorrichtungen eine zielgerichtete Erwärmung des Kolbens bereitstellen, um eine ungewollte Erwärmung umliegender Komponenten zu verhüten - so gewünscht.
Eine Energiespeichervorrichtung 328 (bspw. eine Batterie, ein Schwungrad, Kondensator usw.) ist dazu konfiguriert, der Induktionsheizvorrichtung 320 Energie bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Energiespeichervorrichtung 328 in manchen Beispielen anderen Motorsystemen Energie bereitstellen kann. Ferner kann die Energiespeichervorrichtung 328 in manchen Beispielen anhand einer an die Kurbelwelle 326 gekoppelten Lichtmaschine aufgeladen werden.
In 3 ist auch eine Schmierleitung 330 abgebildet. Die Schmierleitung 330 weist eine Düse 332 auf, die an einem Ende positioniert ist. Die Düse 332 ist dazu konfiguriert, Schmiermittel auf die Kolbenstange 322 zu sprühen. Zudem ist das AGR-Ventil 334 an den AGR-Durchlass 330 gekoppelt. Das Ventil 334 ist dazu ausgestaltet, eine Einstellung des Durchsatzes von Schmiermittel durch die Schmierleitung zu ermöglichen. Das Ventil 334, die Induktionsheizvorrichtung 320 und die Energiespeichervorrichtung 328 können Steuersignale von der Steuerung 100, gezeigt in 1, empfangen, um den Betrieb der Komponenten einzustellen.
3 zeigt zudem eine Kraftstoffdirekteinspritzvorrichtung 336. Ein Drucksensor 338 (bspw. Druckmessumformer) ist ebenfalls in 3 gezeigt. Der Drucksensor 338 erstreckt sich durch den Zylinderkopf 306 in den Brennraum 308. Der Drucksensor 338 ist dazu konfiguriert, den Druck im Brennraum 308 zu erfassen. Ein Temperatursensor 340 erstreckt sich der Darstellung gemäß ebenfalls durch den Zylinderblock 304 in den Brennraum 308. Der Temperatursensor 340 ist dazu konfiguriert, die Temperatur im Brennraum 308 zu bestimmen. Der Motor 300 beinhaltet zudem einen an die Kurbelwelle 326 gekoppelten Motordrehzahlsensor 342, der dazu ausgestaltet ist, die Tourenzahl der Kurbelwelle zu erfassen.
Des Weiteren wird es sich, im Hinblick auf manche Beispiele, verstehen, dass der Motor 300 einen Satz Kolben, die entsprechende Induktionsheizvorrichtungen aufweisen, wie etwa die in 3 gezeigten Induktionsheizvorrichtungen, und einen Satz Kolben mit entsprechenden Schmierleitungs-Kolbenbaugruppenheizern, wie etwa den in 2 gezeigten Kolbenbaugruppenheizern, beinhalten kann.
4 zeigt ein Verfahren 400 für den Betrieb eines Motors mit einem Kolbenheizsystem. Das Verfahren 400 kann - ebenso wie die anderen hier beschriebenen Verfahren - anhand von Motoren und Kolbenheizsystemen umgesetzt werden, die oben in Bezug auf 1-3 beschrieben sind, oder es kann in anderen Beispielen anhand anderer geeigneter Motoren oder Kolbenheizsysteme umgesetzt werden. Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 400 und der anderen hier beschriebenen Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von Anweisungen, die in einem (bspw. nichtflüchtigen) Speicher, ausführbar durch die Steuerung, gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren im Motor und in entsprechenden Systemen, wie etwa den weiter oben in Bezug auf 1-3 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Motoraktoren der Motorsysteme einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 402 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen von Motorbetriebsbedingungen. Zu den Motorbetriebsbedingungen können zählen: Brennraumdrücke, Einlassdurchsatz, Motortemperatur, Abgasdurchsatz, Abgaszusammensetzung, Motordrehzahl, Motorlast, Brennraumtemperaturen, Kolbenposition usw.
Anschließend, bei 404, beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob eine Abweichung hinsichtlich Verdichtungsverhältnissen mehrerer Brennräume vorliegt. Konkret kann in einem Beispiel bestimmt werden, ob die Differenz zwischen einem ersten Verdichtungsverhältnis und einem zweiten Verdichtungsverhältnis über einem akzeptablen Wert liegt. In einem Beispiel kann der Schwellenwert mit der Motorgröße, Motordrehzahl und/oder Motorlast korreliert werden. Ferner kann der Schwellenwert in einem Beispiel stark mit dem Variationskoeffizienten (Coefficient of Variation - COV) des indizierten mittleren Arbeitsdrucks (Indicated Mean Effective Pressure - IMEP) korreliert werden. In einem solchen Beispiel kann der COV des mittleren Arbeitsdrucks (MEP) für einen bestimmten Drehzahl- und Lastpunkt errechnet und zum Errechnen der Zylinder-zu-Zylinder +/- 3-Sigma-Streuung für jeden Zylinder verwendet werden. Die maximale Abweichung des MEP zwischen Zylindern aufgrund des Verdichtungsverhältnisses - um mit einem solchen Beispiel fortzufahren - sollte die 3-Sigma-Zylinder-zu-Zylinder-3-Sigma-Streuung nicht überschreiten. Infolgedessen muss das Prüfen verschiedener Verdichtungsverhältnisse eventuell am Motor vorgenommen werden, um die Auswirkung des Verdichtungsverhältnisses auf den MEP bei identischen Einstellungen der Kalibrierung und Randbedingungen quantifizieren zu können. Auf Grundlage dieser Messungen kann die maximale Verdichtungsverhältnis-Abweichung für den jeweiligen Motor, die jeweilige Drehzahl und Last errechnet werden. In einem Beispiel kann die unten aufgeführte Gleichung 1 verwendet werden, um die Verdichtungsverhältnis-Abweichung zwischen Brennräumen zu bestimmen. $\frac{σ_{M E P, Z y l i n d e r - Z y l i n d e r} (R P M, L a s t)}{μ_{M E P, Z y l i n d e r - Z y l i n d e r} (R P M, L a s t)} > \frac{σ_{M E P, V e r d i c h t u n g s v e r h ä l t n i s} (R P M, L a s t)}{μ_{M E P V e r d i c h t u n g s v e r h ä l t n i s} (R P M, L a s t)}$
Es sind jedoch auch andere geeignete Techniken zum Ermitteln der Verdichtungsverhältnis-Abweichung vorgesehen. In einem Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis in jedem der Brennräume auf Grundlage von Signalen von an die Brennräume gekoppelten Drucksensoren, Signalen von an die Brennräume gekoppelten Näherungssensoren und/oder Signalen von an die Brennräume gekoppelten Temperatursensoren bestimmt werden.
Wenn bestimmt wird, dass zwischen den Verdichtungsverhältnissen keine Abweichung vorliegt (NEIN bei 404), so rückt das Verfahren zu 406 vor. Bei 406 beinhaltet das Verfahren ein Beibehalten von Motorbetriebsparametern. Das Beibehalten von Motorbetriebsparametern kann ein Aufrechterhalten einer Abschaltung der Kolbenbaugruppenheizer und Betreiben der Schmieranlage gemäß einer vorgegebenen Steuerstrategie beinhalten.
Wird andererseits bestimmt, dass zwischen den Verdichtungsverhältnissen eine Abweichung besteht (JA bei 404), dann rückt das Verfahren zu 408 vor. Bei 408 beinhaltet das Verfahren ein Betreiben eines Kolbenheizsystems, um einen angestrebten Wärmebetrag auf eine Kolbenbaugruppe auf Grundlage der Verdichtungsverhältnis-Abweichung anzuwenden, wobei die Kolbenbaugruppe mindestens einen Kolben enthält, der im Inneren des Brennraums positioniert ist. In einem anderen Beispiel kann Schritt 408 ein aktives Erwärmen der ersten Kolbenbaugruppe, die mindestens den ersten Kolben enthält, beinhalten, um ein Drehmomentungleichgewicht zwischen einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum zu verringern, wobei im ersten Brennraum der erste Kolben positioniert ist und im zweiten Brennraum ein zweiter Kolben positioniert ist. Ferner kann in einem Beispiel das Betreiben des Kolbenheizsystems zum Anwenden des angestrebten Wärmebetrags auf die Kolbenbaugruppe ein Betreiben eines Kolbenbaugruppenheizers beinhalten, um eine Kolben- und/oder Kolbenstaberwärmung zu veranlassen. Der Betrieb des Kolbenbaugruppenheizers kann ein Liefern elektrischer Leistung an eine elektrische Heizvorrichtung beinhalten, welche an eine Schmierleitung gekoppelt ist, die Schmiermittel auf eine Kolbenstange und/oder eine Unterseite des Kolbens sprüht, um ein Beispiel zu nennen. In anderen Beispielen kann der Betrieb des Kolbenbaugruppenheizers ein Liefern elektrischer Leistung an eine Induktionsheizvorrichtung beinhalten, welche dazu ausgestaltet ist, den Kolben und/oder die Kolbenstange induktiv zu erwärmen. In einem anderen Beispiel kann der Betrieb des Kolbenbaugruppenheizers ein Erhöhen einer Menge von erwärmtem Kühlmittel, das einem Kolbenbaugruppenheizer bereitgestellt wird, beinhalten. In einem solchen Beispiel wird Wärme aus dem Kühlmittel, das durch den Kolbenbaugruppenheizer fließt, auf Schmiermittel übertragen, welches durch den Kolbenbaugruppenheizer fließt. Wie zuvor erläutert, wird die Kolbenerwärmung das Verdichtungsverhältnis im entsprechenden Brennraum erhöhen. Ferner kann der Kolben in einem Beispiel nur dann erwärmt werden, wenn die Motorkühlmitteltemperatur unter einem Schwellenwert liegt. In einem Beispiel kann die Schwellentemperatur auf Grundlage einer Temperatur bestimmt werden, die zum Anzeigen eines Übergangs von einem Katalysator-Anspring-Modus zu einem Standardbetriebsmodus verwendet wird. Dabei sind auch andere Techniken zum Bestimmen des oben genannten Schwellenwerts vorgesehen.
Anschließend, bei 410, beinhaltet das Verfahren ein Blockieren des Erwärmens eines zweiten Kolbens anhand des Kolbenheizsystems, wobei der zweite Kolben im zweiten Brennraum positioniert ist. Beispielsweise kann verhindert werden, dass ein zweiter Kolbenbaugruppenheizer angeschaltet wird, der zum Erwärmen des zweiten Kolbens ausgestaltet ist. Anders formuliert, kann die Abschaltung des zweiten Kolbenbaugruppenheizers aufrechterhalten werden. Auf diese Weise kann ein Kolbenbaugruppenheizer angeschaltet sein, während der andere abgeschaltet ist, um es zu ermöglichen, dass eine Abweichung zwischen den Verdichtungsverhältnissen reduziert wird. Demzufolge kann ein Drehmomentungleichgewicht im Motor reduziert werden, was NVH-Problem im Motor reduziert. Dank einer Reduktion des Drehmomentungleichgewichts lässt sich zudem der feuerungstechnische Wirkungsgrad steigern. Ferner kann in anderen Beispielen ein Umfang der Erwärmung des zweiten Kolbens reduziert statt blockiert werden.
Bei 412 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob eine Zunahme oder Abnahme der Motorlast vorliegt. Liegt eine Zunahme der Motorlast vor, so rückt das Verfahren zu 414 vor. Bei 414 beinhaltet das Verfahren ein Betreiben des Kolbenheizsystems, um den Wärmebetrag zu senken, welcher den Kolben im Motor bereitgestellt wird. Das Betreiben des Kolbenheizsystems zum Senken des dem Kolben bereitgestellten Wärmebetrags beinhaltet ein Abschalten des ersten und zweiten Kolbenbaugruppenheizers, jeweils dem ersten und zweiten Brennraum entsprechend. In anderen Beispielen kann eine Abgabe der Kolbenbaugruppenheizer für jeden der Brennräume gesenkt werden, um einen Wärmebetrag zu senken, welcher den Kolben anhand des Kolbenheizsystems bereitgestellt wird. Das Verringern der Verdichtungsverhältnisse der Brennräume bei Hochlastbedingungen kann den feuerungstechnischen Wirkungsgrad steigern.
Liegt allerdings eine Abnahme der Motorlast vor, so rückt das Verfahren zu 416 vor. Bei 416 beinhaltet das Verfahren ein Betreiben des Kolbenheizsystems, um den Wärmebetrag anzuheben, welcher den Kolben im Motor bereitgestellt wird. Das Betreiben des Kolbenheizsystems zum Anheben des dem Kolben bereitgestellten Wärmebetrags beinhaltet ein Aktivieren oder Verstärken der Wärmeabgabe durch den ersten und zweiten Kolbenbaugruppenheizer, jeweils dem ersten und zweiten Brennraum entsprechend. Das Erwärmen der Kolben bei einer Niedriglastbedingung ermöglicht es, die Verdichtungsverhältnisse der Brennräume zu verringern, um den feuerungstechnischen Wirkungsgrad zu steigern.
5 zeigt ein anderes Verfahren 500 für den Betrieb eines Motors mit einem Kolbenheizsystem. Wie oben erläutert, kann das Verfahren anhand der Motoren und Kolbenheizsystemen umgesetzt werden, die oben in Bezug auf 1-3 beschrieben sind, oder es kann anhand anderer geeigneter Motoren oder Kolbenheizsysteme umgesetzt werden.
Bei 502 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen von Motorbetriebsbedingungen. Zu den Motorbetriebsbedingungen können zählen: Brennraumdrücke, Einlassdurchsatz, Motortemperatur, Abgasdurchsatz, Abgaszusammensetzung, Motordrehzahl, Motorlast, Brennraumtemperaturen, Kolbenposition usw.
Anschließend, bei 504, beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob im Motor ein Drehmomentungleichgewicht vorliegt. Das Drehmomentungleichgewicht im Motor kann in einem Beispiel auf Grundlage von Brennraumdrucksignalen ermittelt werden. Wenn beispielsweise die Verdichtungsverhältnisse in zwei Brennräumen um einen Betrag, der über einem Schwellenwert liegt, variieren, kann ermittelt werden, dass im Motor ein Drehmomentungleichgewicht vorliegt. In einem Beispiel kann der Schwellenwert unter Verwendung der oben in Bezug auf 4 beschriebenen Techniken festgelegt werden. Es sind jedoch auch andere Strategien zum Bestimmen, ob ein Drehmomentungleichgewicht auftritt, vorgesehen. Beispielsweise kann das Drehmomentungleichgewicht auf Grundlage eines Vergleichs zwischen Temperaturen und/oder Drücken im ersten Brennraum und im zweiten Brennraum bestimmt werden. Darüber hinaus versteht es sich, dass der Motor bei manchen Bedingungen mit einem Drehmomentungleichgewicht und bei anderen Bedingungen ohne Drehmomentungleichgewicht arbeiten kann.
Wenn bestimmt wird, dass im Motor kein Drehmomentungleichgewicht vorliegt (NEIN bei 504), so rückt das Verfahren zu 506 vor. Bei 506 beinhaltet das Verfahren ein Beibehalten von Motorbetriebsparametern. Das Beibehalten von Motorbetriebsparametern kann ein Aufrechterhalten einer Abschaltung der Kolbenbaugruppenheizer und Betreiben der Schmieranlage gemäß einer vorgegebenen Steuerstrategie beinhalten.
Wird andererseits bestimmt, dass im Motor ein Drehmomentungleichgewicht vorliegt (JA bei 504), dann rückt das Verfahren zu 508 vor. Bei 508 beinhaltet das Verfahren ein Betreiben eines Kolbenheizsystems, um einen angestrebten Wärmebetrag auf eine Kolbenbaugruppe, die einem Brennraum entspricht, anzuwenden, um das Drehmomentungleichgewicht zu verringern. Beispielsweise können elektrische Heizvorrichtungen oder Induktionsheizvorrichtungen, welche dem Kolben und/oder der Kolbenstange Erwärmung bereitstellen, mit Leistung versorgt werden, um einen einem Kolben bereitgestellten Wärmebetrag zu erhöhen und damit das Verdichtungsverhältnis des Brennraums, in welchem sich der Kolben befindet, zu erhöhen.
Bei 510 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob im Motor eine Klopfbedingung auftritt. Zu der Klopfbedingung können eine oder mehrere Motorbetriebsbedingungen gehören, die Klopfen erzeugen, wie etwa die Motortemperatur, Motordrehzahl, Motorlast usw. Konkret können in einem Beispiel Signale von einem an den Motor gekoppelten Klopfsensor verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Motorklopfen auftritt. Wenn beispielsweise ein Signal darauf hinweist, dass eine Schwingung von einem Klopfsensor einen Schwellenwert überschreitet, dann kann bestimmt werden, dass ein Klopfen auftritt. Darüber hinaus versteht es sich, dass der Motor mit einer Klopfbedingung betrieben werden kann. Wenn im Motor keine Klopfbedingung vorliegt (NEIN bei 510), so rückt das Verfahren zu 512 vor. Bei 512 beinhaltet das Verfahren ein Beibehalten von Motorbetriebsparametern. Beispielsweise können vorgegebene Strategien für Ventilzeitsteuerung und Einspritzsteuerung beibehalten werden.
Wird andererseits bestimmt, dass im Motor eine Klopfbedingung vorliegt (JA bei 510), dann rückt das Verfahren zu 514 vor. Bei 514 beinhaltet das Verfahren ein Einstellen von Motorbetriebsparametern, um Motorklopfen zu reduzieren (bspw. zu beheben oder zu verhüten). Das Einstellen von Motorbetriebsparametern, um Motorklopfen zu reduzieren (bspw. zu beheben oder zu verhüten), kann ein Verzögern oder Vorziehen der Ventilzeitsteuerung, ein Verzögern des Einspritzzeitpunkts und/oder ein Reduzieren einer Menge der Kraftstoffeinspritzung beinhalten. Auf diese Weise kann der feuerungstechnische Wirkungsgrad im Motor anhand einer Reduktion von Motorklopfen gesteigert werden. In einem Beispiel kann der AGR-Durchsatz eingestellt werden, um das Motorklopfen zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Durchsatz von gekühltem AGR-Gas erhöht werden, wenn ein Klopfen erkannt wird. Eine solche Steuerstrategie bezüglich Klopfen kann in einem Motor mit Eigenzündung umgesetzt werden. In einem anderen Beispiel, in einem Motor mit Fremdzündung, kann der Zündzeitpunkt verzögert werden, um Klopfen zu reduzieren (bspw. zu beheben oder zu verhüten). Der Zündzeitpunkt - um mit dem Beispiel der Fremdzündung fortzufahren - kann vorgezogen werden, wenn der Motor unterhalb der Klopfgrenze läuft, um den feuerungstechnischen Wirkungsgrad zu steigern. In einem anderen Beispiel kann die Temperatur des Öls, das auf die Kolbenbaugruppe gesprüht wird, gesenkt werden, um Klopfen zu reduzieren (bspw. zu beheben oder zu verhüten). In einem anderen Beispiel kann eine Voreinspritzungsmenge erhöht werden, um Klopfen zu reduzieren (bspw. zu beheben oder zu verhüten). Bei einer Voreinspritzung kann es sich um ein Einspritzereignis handeln, das vor einem primären Ereignis der Kraftstoffeinspritzung erfolgt. In einem weiteren Beispiel kann der Einspritzzeitpunkt verzögert werden, um Klopfen zu reduzieren (bspw. zu beheben oder zu verhüten). Ferner kann in manchen Beispielen eine Kombination aus den Strategien zur Reduktion von Klopfen verwendet werden, um Klopfen zu beheben oder zu verhüten. Anschließend, bei 516, beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob der Motor unterhalb einer Schwellentemperatur liegt. Die Schwellentemperatur kann einer Kaltstart-Schwellentemperatur (bspw. 80 °C) entsprechen. Ein Motortemperatursensor kann in einem Beispiel zum Bestimmen der Motortemperatur verwendet werden. Wenn bestimmt wird, dass der Motor nicht unterhalb der Schwellentemperatur liegt (NEIN bei 516), geht das Verfahren zu 518 über. Bei 518 beinhaltet das Verfahren ein Beibehalten von Motorbetriebsparametern wie etwa ein Beibehalten aktueller Strategien zur Kolbenerwärmung. Wird jedoch bestimmt, dass der Motor unterhalb der Schwellentemperatur liegt (JA bei 516), so geht das Verfahren zu 520 über. Bei 520 beinhaltet das Verfahren ein Betreiben des Kolbenheizsystems, um einen Wärmebetrag zu erhöhen, welcher auf die Kolben im Motor angewendet wird. Beispielsweise kann der Wärmebetrag, der von Kolbenbaugruppenheizern erzeugt wird, die dem ersten und zweiten Kolben Wärme bereitstellen, erhöht werden, um die Kaltstartdauer zu verringern. Konkret kann das Kolbenheizsystem derart betrieben werden, dass es einen Wärmebetrag erhöht, welcher an die Brennräume abgegeben wird, bis die Motortemperatur die Schwellentemperatur übersteigt. Folglich werden Motoremissionen reduziert.
Die Graphen 600, um zu 6 überzugehen, bilden beispielhafte Kolbenheizsystem-Steuersignale in Verbindung mit Motorlast und Verdichtungsverhältnissen verschiedener Verläufe bezüglich Brennräumen ab, wie in 1-5 beschrieben. Das Beispiel von 6 ist im Wesentlichen maßstabsgetreu gezeichnet, wenn auch nicht jeder einzelne Punkt mit Zahlenwerten gekennzeichnet ist. Somit lassen sich relative Unterschiede hinsichtlich der Zeitsteuerungen anhand der Abmessungen der Zeichnungen abschätzen. So gewünscht, können jedoch auch andere relative Zeitsteuerungen verwendet werden. Darüber hinaus ist die jeder der Kurven und jedem der Verläufe zugeordnete Zeit auf der x-Achse dargestellt.
Um mit 6 fortzufahren, bildet Kurve 602 das Verdichtungsverhältnis eines ersten Brennraums ab, und Kurve 604 bildet das Verdichtungsverhältnis eines zweiten Brennraums (auf der y-Achse) ab. Das Signal 606 zeigt ein Steuersignal an, das an einen ersten Kolbenbaugruppenheizer gesendet wird, und das Signal 608 zeigt ein Steuersignal an, welches an einen zweiten Kolbenbaugruppenheizer gesendet wird. Kurve 610 bildet (auf der y-Achse) die Motorlast im Motor ab. Die Steuersignale für die Kolbenbaugruppenheizer, die in 6 gezeigt sind, sind für elektrische Heizvorrichtungen und Induktionsheizvorrichtungen gedacht. Dabei versteht es sich jedoch, dass Steuersignale in anderen Beispielen an Kolbenbaugruppenheizer gesendet werden können, die erwärmtes Motorkühlmittel nutzen, um zu Kolben geleitetes Motorschmiermittel zu erwärmen.
Bei t0 besteht zwischen den Kurven 602 und 604 für das Verdichtungsverhältnis eine Schwankung 612. Konkret ist das Verdichtungsverhältnis, das dem ersten Brennraum entspricht, geringer als das Verdichtungsverhältnis, welches dem zweiten Brennraum entspricht. Wenn eine solche Schwankung erkannt wird, dann wird bei t1 der erste Kolbenbaugruppenheizer angeschaltet. Das Anschalten des ersten Kolbenbaugruppenheizers generiert eine Kolbenerwärmung. Wenn der erste Kolben erwärmt wird, dann wird das Verdichtungsverhältnis des ersten Brennraums erhöht, um die Abweichung zwischen den Verdichtungsverhältnissen zu reduzieren. Sobald die Verdichtungsverhältnisse im Wesentlichen äquivalent sind oder innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegen, wird der Kolbenbaugruppenheizer abgeschaltet, wie bei t2 dargestellt. Wenn daher eine Abweichung zwischen Verdichtungsverhältnissen in verschiedenen Brennräumen vorliegt, wird ein Kolben in dem Brennraum mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis erwärmt, um die Abweichung zwischen den Verdichtungsverhältnissen zu verringern und damit ein Drehmomentungleichgewicht im Motor zu verringern. Infolgedessen werden NVH-Probleme im Motor reduziert und der Motorwirkungsgrad gesteigert. Demnach besteht der technische Effekt des Erwärmens eines Kolbens zum Reduzieren von Verdichtungsverhältnis-Schwankungen in einer Reduktion von NHV-Problemen im Motor und einer Steigerung des feuerungstechnischen Wirkungsgrads.
Des Weiteren liegt die Kurve 610 für die Motorlast über einem Schwellenwert 614, bis sie t3 erreicht. Wenn die Motorlast unter den Schwellenwert 614 sinkt, werden sowohl der erste Kolbenbaugruppenheizer als auch der zweite Kolbenbaugruppenheizer angeschaltet. Auf diese Art und Weise kann das Verdichtungsverhältnis der Brennräume im Motor bei Niedriglastbedingungen erhöht werden, um den Motorwirkungsgrad zu steigern.
Ferner können die Kolbenbaugruppenheizer in manchen Beispielen dazu ausgestaltet sein, einen variablen Wärmebetrag abzugeben, wie etwa stufenweise oder kontinuierlich. In einem solchen Beispiel kann der Grad der Abgabe eines Kolbenbaugruppenheizers auf Grundlage der Differenz zwischen den Verdichtungsverhältnissen der Brennräume, der Motorlast (bspw. Änderungsgeschwindigkeit der Motorlast), Motortemperatur usw. bestimmt werden. Auf diese Weise kann der Grad an Kolbenerwärmung auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen feinabgestimmt werden. Dabei versteht es sich, dass die in 6 gezeigten Verläufe beispielhafter Natur sind und dass das Steuerschema für Verdichtungsverhältnisse und das Kolbenheizsystem in anderen Beispielen anders ausfallen können.
1-3 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die Flächen miteinander teilen, als sich Flächen teilend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in zumindest einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, auf gegenüberliegenden Seiten zueinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Außerdem kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in zumindest einem Beispiel als „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als „Boden“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Boden, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Außerdem können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in zumindest einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Absätzen weitergehend beschrieben. In einem Aspekt ist ein Verfahren für den Betrieb eines Motors bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen in einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum und ein Betreiben eines Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf eine erste Kolbenbaugruppe anzuwenden, wobei die erste Kolbenbaugruppe zumindest einen im ersten Brennraum positionierten ersten Kolben enthält.
In einem anderen Aspekt ist ein Verbrennungsmotor bereitgestellt. Der Verbrennungsmotor beinhaltet einen ersten Brennraum mit einem darin positionierten ersten Kolben, wobei der erste Kolben über eine erste Kolbenstange an eine Kurbelwelle gekoppelt ist, einen zweiten Brennraum mit einem darin positionierten zweiten Kolben, wobei der zweite Kolben über eine zweite Kolbenstange an die Kurbelwelle gekoppelt ist; ein Kolbenheizsystem, beinhaltend eine erste Heizvorrichtung, die zum Bereitstellen von Wärme an den ersten Kolben ausgestaltet ist, und eine zweite Heizvorrichtung, die zum Bereitstellen von Wärme an den zweiten Kolben ausgestaltet ist; und eine Steuerung, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Code beinhaltet, der für Folgendes durch einen Prozessor ausführbar ist: Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen des ersten Brennraums und des zweiten Brennraums, und Betreiben des Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf zumindest eines von den ersten Kolben, die erste Kolbenstange, den zweiten Kolben und die zweite Kolbenstange anzuwenden.
In einem anderen Aspekt ist ein Verfahren für den Betrieb eines Motorsystems bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet ein aktives Erwärmen einer ersten Kolbenbaugruppe, die mindestens einen ersten Kolben enthält, um ein Drehmomentungleichgewicht zwischen einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum zu verringern, wobei im ersten Brennraum der erste Kolben positioniert ist und im zweiten Brennraum ein zweiter Kolben positioniert ist.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten eines an eine Schmierleitung gekoppelten Heizers beinhalten, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf eine erste Kolbenstange richtet, welche an den ersten Kolben und eine Kurbelwelle gekoppelt ist.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten eines an eine Schmierleitung gekoppelten Heizers beinhalten, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf eine Unterseite des ersten Kolbens richtet.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten einer Induktionsheizvorrichtung beinhalten, die an einen Abschnitt eines Zylinderblocks neben dem ersten Kolben gekoppelt ist.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Blockieren des Erwärmens einer zweiten Kolbenbaugruppe auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen beinhalten, wobei die zweite Kolbenbaugruppe mindestens einen zweiten Kolben enthält, welcher im zweiten Brennraum positioniert ist.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Erhöhen einer Voreinspritzungsmenge in zumindest einen von dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum als Reaktion auf das Identifizieren einer Klopfbedingung beinhalten, um das Klopfen zu reduzieren. In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Erhöhen eines Durchsatzes der Rückführung von gekühltem Abgas im Motor als Reaktion auf das Identifizieren einer Klopfbedingung beinhalten, um das Klopfen zu reduzieren.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen auf Grundlage zumindest eines von Brennraumdrücken und Brennraumtemperaturen bestimmt werden.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann es sich bei der ersten Heizvorrichtung um einen Heizer handeln, der an eine Schmierleitung gekoppelt ist.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Schmierleitung eine Düse aufweisen, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf die erste Kolbenstange richtet, welche an den ersten Kolben und die Kurbelwelle gekoppelt ist.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann es sich bei der ersten Heizvorrichtung um eine Induktionsheizvorrichtung handeln, die an einen Abschnitt eines Zylinderblocks neben dem ersten Kolben gekoppelt ist.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert sein, im ersten Brennraum und zweiten Brennraum Eigenzündung zu implementieren.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der erste Kolben in einer ersten Zylinderbank enthalten sein, und der zweite Kolben ist in einer zweiten Zylinderbank enthalten.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Bestimmen einer Klopfbedingung im Brennraum und ein Vorziehen des Zündzeitpunkts im ersten Brennraum als Reaktion auf das Bestimmen der Klopfbedingung beinhalten, um das Klopfen zu verhüten.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Drehmomentungleichgewicht auf Grundlage eines Vergleichs zwischen zumindest einem von Temperaturen und Drücken im ersten Brennraum und im zweiten Brennraum bestimmt werden.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Blockieren des Erwärmens einer zweiten Kolbenbaugruppe auf Grundlage des Drehmomentungleichgewichts beinhalten, wobei die zweite Kolbenbaugruppe zumindest den zweiten Kolben enthält.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Erwärmen der ersten Kolbenbaugruppe ein Betätigen eines Heizers beinhalten, welcher an eine Schmierleitung mit einer Düse gekoppelt ist, die Schmiermittel an eine an den ersten Kolben gekoppelte erste Kolbenstange spritzt.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Erwärmen der ersten Kolbenbaugruppe ein Betätigen eines Heizers beinhalten, der an eine Schmierleitung mit einer Düse gekoppelt ist, die Schmiermittel an eine Unterseite des ersten Kolbens spritzt.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Einstellen eines Umfangs des aktiven Erwärmens des ersten Kolbens und ein aktives Erwärmen des zweiten Kolbens auf Grundlage einer Veränderung der Motorlast beinhalten.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Drehmomentungleichgewicht auf Grundlage eines Vergleichs zwischen Temperaturen im ersten Brennraum und im zweiten Brennraum bestimmt werden.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Erhöhen des Wärmebetrags, welcher durch das Kolbenheizsystem bei einer geringen Last an die Brennräume abgegeben wird, beinhalten, um die Verdichtungsverhältnisse der Brennräume zu erhöhen.
In einem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Senken eines Wärmebetrags, welcher bei einer Hochlastbedingung an die Brennräume abgegeben wird, beinhalten, um die Verdichtungsverhältnisse der Brennräume zu verringern.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Anheben eines Wärmebetrags, welcher an die Brennräume abgegeben wird, wenn der Motor unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, beinhalten.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kolbenbaugruppe eine erste Kolbenstange enthalten.
Es ist zu beachten, dass die hier beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen im Zusammenhang 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 die Steuerung beinhaltende Steuersystem in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene dargestellte Maßnahmen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine/r oder mehrere der dargestellten Maßnahmen, Operationen und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Zudem können die beschriebenen Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in dem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Maßnahmen durch das Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so aufzufassen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für den Betrieb eines Motors bereitgestellt, beinhaltend Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen in einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum; und Betreiben eines Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf eine erste Kolbenbaugruppe anzuwenden, wobei die erste Kolbenbaugruppe zumindest einen im ersten Brennraum positionierten ersten Kolben enthält.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten eines an eine Schmierleitung gekoppelten Heizers, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf eine erste Kolbenstange richtet, welche an den ersten Kolben und eine Kurbelwelle gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten eines an eine Schmierleitung gekoppelten Heizers, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf eine Unterseite des ersten Kolbens richtet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten einer Induktionsheizvorrichtung, die an einen Abschnitt eines Zylinderblocks neben dem ersten Kolben gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die oben dargelegte Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Blockieren des Erwärmens einer zweiten Kolbenbaugruppe auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen, wobei die zweite Kolbenbaugruppe mindestens einen zweiten Kolben enthält, welcher im zweiten Brennraum positioniert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die oben dargelegte Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Erhöhen einer Voreinspritzungsmenge in zumindest einen von dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum als Reaktion auf das Identifizieren einer Klopfbedingung, um das Klopfen zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen auf Grundlage zumindest eines von Brennraumdrücken und Brennraumtemperaturen bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die erste Kolbenbaugruppe eine erste Kolbenstange.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, aufweisend einen ersten Brennraum mit einem darin positionierten ersten Kolben, wobei der erste Kolben über eine erste Kolbenstange an eine Kurbelwelle gekoppelt ist; einen zweiten Brennraum mit einem darin positionierten zweiten Kolben, wobei der zweite Kolben über eine zweite Kolbenstange an die Kurbelwelle gekoppelt ist; ein Kolbenheizsystem, beinhaltend eine erste Heizvorrichtung, die zum Bereitstellen von Wärme an den ersten Kolben ausgestaltet ist, und eine zweite Heizvorrichtung, die zum Bereitstellen von Wärme an den zweiten Kolben ausgestaltet ist; und eine Steuerung, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Code beinhaltet, der für Folgendes durch einen Prozessor ausführbar ist: Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen des ersten Brennraums und des zweiten Brennraums; und Betreiben des Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf zumindest eines von den ersten Kolben, die erste Kolbenstange, den zweiten Kolben und die zweite Kolbenstange anzuwenden.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Heizvorrichtung um einen Heizer, der an eine Schmierleitung gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Schmierleitung eine Düse auf, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf die erste Kolbenstange richtet, welche an den ersten Kolben und die Kurbelwelle gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Heizvorrichtung um eine Induktionsheizvorrichtung, die an einen Abschnitt eines Zylinderblocks neben dem ersten Kolben gekoppelt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für den Betrieb eines Motorsystems bereitgestellt, beinhaltend aktives Erwärmen einer ersten Kolbenbaugruppe, die mindestens einen ersten Kolben enthält, um ein Drehmomentungleichgewicht zwischen einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum zu verringern, wobei im ersten Brennraum der erste Kolben positioniert ist und im zweiten Brennraum ein zweiter Kolben positioniert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die oben dargelegte Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Bestimmen einer Klopfbedingung im Brennraum und ein Vorziehen des Zündzeitpunkts im ersten Brennraum als Reaktion auf das Bestimmen der Klopfbedingung, um das Klopfen zu verhüten.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Drehmomentungleichgewicht auf Grundlage eines Vergleichs zwischen zumindest einem von Temperaturen und Drücken im ersten Brennraum und im zweiten Brennraum bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die oben dargelegte Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Blockieren des Erwärmens einer zweiten Kolbenbaugruppe auf Grundlage des Drehmomentungleichgewichts, wobei die zweite Kolbenbaugruppe mindestens den zweiten Kolben enthält.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Erwärmen der ersten Kolbenbaugruppe ein Betätigen eines Heizers, welcher an eine Schmierleitung mit einer Düse gekoppelt ist, die Schmiermittel an eine an den ersten Kolben gekoppelte erste Kolbenstange spritzt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Erwärmen der ersten Kolbenbaugruppe ein Betätigen eines Heizers, welcher an eine Schmierleitung mit einer Düse gekoppelt ist, die Schmiermittel an eine Unterseite des ersten Kolbens spritzt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die oben dargelegte Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Einstellen eines Umfangs des aktiven Erwärmens des ersten Kolbens und ein aktives Erwärmen des zweiten Kolbens auf Grundlage einer Veränderung der Motorlast.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die erste Kolbenbaugruppe eine erste Kolbenstange.
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 7827943 B2 [0003]

Claims

Verfahren für den Betrieb eines Motors, umfassend: Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen in einem ersten Brennraum und einem zweiten Brennraum; und Betreiben eines Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf eine erste Kolbenbaugruppe anzuwenden, wobei die erste Kolbenbaugruppe einen im ersten Brennraum positionierten ersten Kolben enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten eines an eine Schmierleitung gekoppelten Heizers beinhaltet, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf eine erste Kolbenstange richtet, welche an den ersten Kolben und eine Kurbelwelle gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten eines an eine Schmierleitung gekoppelten Heizers beinhaltet, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf eine Unterseite des ersten Kolbens richtet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben des Kolbenheizsystems ein Anschalten einer Induktionsheizvorrichtung, die an einen Abschnitt eines Zylinderblocks neben dem ersten Kolben gekoppelt ist, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Blockieren des Erwärmens einer zweiten Kolbenbaugruppe auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen, wobei die zweite Kolbenbaugruppe mindestens einen zweiten Kolben enthält, welcher im zweiten Brennraum positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Erhöhen einer Voreinspritzungsmenge in zumindest einen von dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum als Reaktion auf das Identifizieren einer Klopfbedingung, um das Klopfen zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen auf Grundlage zumindest eines von Brennraumdrücken und Brennraumtemperaturen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Kolbenbaugruppe eine erste Kolbenstange enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bestimmen einer Klopfbedingung im Brennraum und ein Vorziehen des Zündzeitpunkts im ersten Brennraum als Reaktion auf das Bestimmen der Klopfbedingung, um das Klopfen zu verhüten.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Einstellen eines Umfangs des aktiven Erwärmens des ersten Kolbens und aktives Erwärmen des zweiten Kolbens auf Grundlage einer Veränderung der Motorlast.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben des Kolbenheizsystems zum Anwenden eines angestrebten Wärmebetrags auf die erste Kolbenbaugruppe ein Betätigen eines Heizers, welcher an eine Schmierleitung mit einer Düse gekoppelt ist, die Schmiermittel an eine an den ersten Kolben gekoppelte erste Kolbenstange spritzt, beinhaltet.
Verbrennungsmotor, umfassend: einen ersten Brennraum mit einem darin positionierten ersten Kolben, wobei der erste Kolben über eine erste Kolbenstange an eine Kurbelwelle gekoppelt ist; einen zweiten Brennraum mit einem darin positionierten zweiten Kolben, wobei der zweite Kolben über eine zweite Kolbenstange an die Kurbelwelle gekoppelt ist; ein Kolbenheizsystem, beinhaltend eine erste Heizvorrichtung, die zum Bereitstellen von Wärme an den ersten Kolben ausgestaltet ist, und eine zweite Heizvorrichtung, die zum Bereitstellen von Wärme an den zweiten Kolben ausgestaltet ist; und eine Steuerung, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Code beinhaltet, der für Folgendes durch einen Prozessor ausführbar ist: Bestimmen einer Schwankung zwischen Verdichtungsverhältnissen des ersten Brennraums und des zweiten Brennraums; und Betreiben des Kolbenheizsystems, um auf Grundlage der Schwankung zwischen den Verdichtungsverhältnissen einen angestrebten Wärmebetrag auf zumindest eines von den ersten Kolben, die erste Kolbenstange, den zweiten Kolben und die zweite Kolbenstange anzuwenden.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei es sich bei der ersten Heizvorrichtung um einen Heizer handelt, der an eine Schmierleitung gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, wobei die Schmierleitung eine Düse aufweist, welche während des Motorbetriebs Schmiermittel auf die erste Kolbenstange richtet, welche an den ersten Kolben und die Kurbelwelle gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei es sich bei der ersten Heizvorrichtung um eine Induktionsheizvorrichtung handelt, die an einen Abschnitt eines Zylinderblocks neben dem ersten Kolben gekoppelt ist.