DE102018132946A1

DE102018132946A1 - Starten eines verbrennungsmotors über einen elektrischen turbolader

Info

Publication number: DE102018132946A1
Application number: DE102018132946.6A
Authority: DE
Inventors: Eric Money
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-06-27
Also published as: CN109944682A; US10487789B2; US20190195185A1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Starten eines Verbrennungsmotors über einen elektrischen Turbolader bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors über den elektrischen Turbolader Folgendes beinhalten: das Leiten von verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader zu Zylindern des Verbrennungsmotors, um eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ohne einen Anlasser anzudrehen. Das Verfahren kann das Einstellen eines Öffnungsgrads von elektrisch oder pneumatisch betätigten Einlassventilen und Auslassventilen beinhalten, um eine Kraft zum Andrehen der Kurbelwelle zu reduzieren.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines elektrischen Turboladers zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verbrennungsmotorsysteme beinhalten oft einen Anlasser, der ausgelegt ist, vor der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in Verbrennungsmotorzylindern eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu drehen. Der Anlasser liefert dem Verbrennungsmotor eine erste Drehmomentquelle, um den Verbrennungsmotor aus dem Ruhezustand in einen Betriebsmodus zu überführen, in dem der Verbrennungsmotor Kraftstoff und Luft verbrennt, um die Kurbelwelle zu drehen. Ein Anlasser kann jedoch die Kosten und/oder das Gewicht des Verbrennungsmotorsystems erhöhen.
Versuche, das Reduzieren der Kosten und des Gewichts des Anlassers anzugehen, beinhalten das Reduzieren einer Größe des Anlassers und/oder einer Reihe von Komponenten, die der Anlasser beinhaltet, und/oder das Einstellen von Verbrennungsmotorparametern, um die Last des Anlassers zu reduzieren. Ein beispielhafter Ansatz wird von Halimi et al. in US-Patent 6,182,449 gezeigt. In dieser Schrift wird eine Zweitakt-Brennkraftmaschine offenbart, die einen elektromotorunterstützten Turbolader beinhaltet, der Ladeluft zum Betreiben des Verbrennungsmotors bereitstellt. Der elektromotorunterstützte Turbolader kann in Serie mit einem Abgasturbolader angeordnet sein und während des Startvorgangs kann der elektromotorunterstützte Turbolader dem Verbrennungsmotor Ladeluft zuführen. Wenn ein ausreichender Luftdruck von einem Verdichter des elektromotorunterstützten Turboladers zur Verfügung steht, wird der Verbrennungsmotor von einem Anlasser angedreht.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann das Starten des Verbrennungsmotors in solchen Systemen sowohl vom elektromotorunterstützten Turbolader als auch vom Anlasser abhängig sein. Unter Bedingungen, bei denen der Verdichter des elektromotorunterstützten Turboladers nicht in der Lage ist, einen ausreichenden Luftdruck zu liefern, kann der Anlasser möglicherweise nicht in der Lage sein, genügend Energie zum Starten des Motors zuzuführen. Gleichermaßen kann der Verbrennungsmotor unter Bedingungen, bei denen der Anlasser eine Beeinträchtigung oder einen Leistungsverlust erfährt, möglicherweise nicht in der Lage sein, zu starten.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor angegangen werden, das Folgendes umfasst: das Antreiben einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors während einer Verbrennungsmotorstartanforderung ohne Verbrennung nur durch das Leiten von verdichteter Luft aus einem elektrischen Turbolader zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen eines Anlassers. Auf diese Weise kann die Kurbelwelle vor der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in Verbrennungsmotorzylindern nur über die verdichtete Luft gedreht werden, um den Verbrennungsmotor zu starten.
Als ein Beispiel kann der Verbrennungsmotor elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten, und der Öffnungsgrad der Einlassventile und Auslassventile kann durch eine Steuerung des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors eingestellt werden. Die Steuerung kann den Öffnungsgrad der Einlassventile und Auslassventile einstellen, um eine von der druckbeaufschlagten Luft zugeführte Kraftmenge zu verringern, um Kolben zu bewegen, die in den Verbrennungsmotorzylindern angeordnet sind, und die Kurbelwelle zu drehen. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor ohne einen Anlasser angelassen werden und Kosten und ein Gewicht des Verbrennungsmotors können reduziert werden.
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 Schutzumfang 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 schematisch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei der Zylinder ausgelegt ist, verdichtete Luft aus einem elektrischen Turbolader aufzunehmen.
2 zeigt schematisch ein Verbrennungsmotorsystem, das eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet, wobei jeder Zylinder ausgelegt ist, verdichtete Luft aus einem elektrischen Turbolader aufzunehmen.
3 zeigt einen Zündzeitpunkt und Verbrennungszyklus eines Verbrennungsmotors, der drei Zylinder beinhaltet.
4 veranschaulicht ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors durch das Leiten von verdichteter Luft zu den Verbrennungsmotorzylindern über einen elektrischen Turbolader.
5 zeigt einen Verlauf, der die Verbrennungsmotorbetriebsparameter für einen Verbrennungsmotor, der mechanisch betätigte Einlass- und Auslassventile beinhaltet, während eines Verbrennungsmotorstartbetriebs über einen elektrischen Turbolader veranschaulicht.
6 zeigt einen Verlauf, der die Verbrennungsmotorbetriebsparameter für einen Verbrennungsmotor, der Einlassventile und Auslassventile beinhaltet, die ohne Nocken betätigt werden, während eines Verbrennungsmotorstartbetriebs über einen elektrischen Turbolader veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern eines elektrischen Turboladers zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Ein Fahrzeug, wie etwa das in 1 gezeigte Fahrzeug, beinhaltet eine Brennkraftmaschine, die eine Vielzahl von Brennkammern aufweist. In einigen Beispielen kann der Verbrennungsmotor drei Zylinder beinhalten, wie in 2 gezeigt. Die Zylinder des Verbrennungsmotors können eine Zündfolge der Zylinder von 2-1-3 aufweisen, wie in 3 gezeigt. Unter Bedingungen, bei denen sich der Verbrennungsmotor im Ruhezustand befindet, kann ein Bediener des Verbrennungsmotors angeben, dass ein Verbrennungsmotorstartereignis gewünscht ist (z. B. kann eine Verbrennungsmotorstartanforderung auslösen). Wie in 4 gezeigt, kann einem elektrischen Turbolader des Verbrennungsmotors als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung Energie zugeführt werden, um verdichtete Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern zu leiten, um Kolben, die in den Zylindern angeordnet sind, anzutreiben. Die Kolben können von der verdichteten Luft für eine Zeitdauer angetrieben werden, bis eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors eine Schwellendrehzahl oder eine Schwellenwertanzahl von Umdrehungen erreicht, wobei an diesem Punkt eine Steuerung des Verbrennungsmotors die Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern auslösen kann, um den Betrieb des Verbrennungsmotors aufrechtzuerhalten. In einigen Beispielen kann der Verbrennungsmotor, wie in 5 gezeigt, mechanisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten, wobei druckbeaufschlagte Ansaugluft in Zylinder strömt, die während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors Einlassventile in einer geöffneten Position aufweisen. In anderen Beispielen kann der Verbrennungsmotor, wie in 6 gezeigt, elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten, die über die Steuerung einstellbar sind. Die Steuerung kann einen Öffnungsgrad jedes Einlassventils und Auslassventils während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors einstellen, um eine Kraftmenge zum Bewegen der Kolben während des Startvorgangs zu verringern. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor durch verdichtete Ansaugluft aus dem elektrischen Turbolader und ohne einen Anlasser aus dem Ruhezustand gestartet werden.
1 stellt ein Beispiel für eine Brennkammer oder einen Zylinder der Brennkraftmaschine 10 dar. Der Verbrennungsmotor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das die Steuerung 12 beinhaltet, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 angeordnet ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Außerdem kann ein Anlasser (nicht gezeigt) über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 in Verbindung stehen. In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 einen elektrischen Turbolader 159. Der elektrische Turbolader 159 ist ausgelegt, um jedem der Zylinder des Fahrzeugs 5 (z. B. Zylinder 14) verdichtete Ansaugluft zuzuführen. 1 zeigt den Verbrennungsmotor 10, der mit einem Verdichter 174 des elektrischen Turboladers 159, der zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordnet ist, und einer Abgasturbine 176 des elektrischen Turboladers 159, die entlang des Abgaskanals 148 angeordnet ist, ausgelegt ist. Der Verdichter 174 kann unter Bedingungen, bei denen der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist (z. B. der Verbrennungsmotor 10 ist an und Kraftstoff und Luft werden in einem oder mehreren der Zylinder des Verbrennungsmotors 10 verbrannt) zumindest teilweise über eine Welle 180 von der Abgasturbine 176 mit Leistung versorgt werden. In einigen Beispielen kann die Abgasturbine 176 jedoch optional weggelassen werden und der Verdichter 174 kann durch mechanische Energiezufuhr von einem Elektromotor oder dem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Im hier verwendeten Sinn beinhaltet ein elektrischer Turbolader (z. B. der elektrische Turbolader 159) mindestens einen Verdichter, der ausgelegt ist, Verbrennungsmotorzylindern verdichtete Luft zuzuführen, und einen Elektromotor (z. B. den Elektromotor 175), der ausgelegt ist, den Verdichter anzutreiben (z. B. zu drehen). Der elektrische Turbolader kann ferner eine Turbine (z. B. Abgasturbine 176) beinhalten, die ausgelegt ist, durch Abgase angetrieben zu werden, die aus dem Verbrennungsmotor 10 strömen.
Der elektrische Turbolader 159 beinhaltet einen Elektromotor 175, der mit dem Verdichter 174 gekoppelt ist. Der Verdichter 174 kann in dieser Schrift als ein elektrisch angetriebener Luftverdichter bezeichnet werden. Dem Elektromotor 175 kann selektiv durch die Steuerung 12 Energie zugeführt werden, um den Verdichter 174 zu drehen und den Zylindern des Verbrennungsmotors 10 (z. B. dem Zylinder 14) verdichtete Ansaugluft zuzuführen. Wie nachstehend in Bezug auf 4 beschrieben, kann beispielsweise dem Elektromotor 175 von der Steuerung 12 als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung (z. B. während der Verbrennungsmotorstartanforderung, während der Verbrennungsmotor 10 ausgeschaltet ist und keinen Kraftstoff/Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrennt) Energie zugeführt werden, um den Verbrennungsmotorzylindern verdichtete Luft zuzuführen, um die Kolben, die in den Zylindern angeordnet sind, (z. B. den Kolben 138) zu bewegen und die Kurbelwelle 140 des Verbrennungsmotors 10 zu drehen, ohne Kraftstoff/Luft in den Verbrennungsmotorzylindern zu verbrennen. Nachdem die Kolben über die verdichtete Luft bewegt wurden, kann einem oder mehreren der Verbrennungsmotorzylinder dann Kraftstoff (z. B. Benzin, Diesel usw. über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und/oder die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170) zugeführt werden und ein Zündfunken kann in dem einen oder den mehreren Verbrennungsmotorzylindern ausgelöst werden (z. B. über die Zündkerze 192), um Kraftstoff/Luft in den Verbrennungsmotorzylindern zu verbrennen und den Verbrennungsmotor 10 zu starten. Weitere Beispiele sind nachstehend in Bezug auf 4-6 beschrieben.
Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann entlang eines Ansaugkanals des Verbrennungsmotors bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck der Ansaugluft zu variieren, die den Verbrennungsmotorzylindern zugeführt wird. Zum Beispiel kann die Drossel 162 stromabwärts von dem Verdichter 174 positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ stromaufwärts von dem Verdichter 174 bereitgestellt sein.
Der Abgaskanal 148 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 Abgase aus anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 aufnehmen. Es ist gezeigt, dass der Abgassensor 128 stromaufwärts von der Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 148 gekoppelt ist. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor; Breitband- oder Weitbereichlambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie dargestellt), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (Three Way Catalyst - TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln.
Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die in einer oberen Region des Zylinders 14 angeordnet sind, beinhaltet. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einer oberen Region des Zylinders angeordnet sind.
Das Einlassventil 150 kann über einen Aktor 152 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Auf ähnliche Weise kann das Auslassventil 156 über den Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 150 und Auslassventils 156 kann durch entsprechende Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden. Die Ventilaktoren können dem Typ mit elektrischer Ventilbetätigung oder dem Typ mit Nockenbetätigung oder einer Kombination davon entsprechen. Die Einlass- und Auslassventilsteuerung können gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenansteuerung, zur variablen Auslassnockenansteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder zur festgelegten Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere aus Systemen zur Nockenprofilverstellung (Cam Profile Switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (Variable Cam Timing - VCT), variablen Ventilsteuerung (Variable Valve Timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (Variable Valve Lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, zum Variieren des Ventilbetriebs verwenden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung einschließlich CPS und/oder VCT gesteuertes Auslassventil beinhalten. In anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilsteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um das Volumenverhältnis zwischen dem Kolben 138 am unteren Totpunkt und am oberen Totpunkt handelt. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis in dem Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es zum Beispiel 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.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 zum Auslösen der Verbrennung beinhalten. Unter ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 190 der Brennkammer 14 über eine Zündkerze 192 einen Zündfunken in Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (Spark Advance) von der Steuerung 12 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch weggelassen werden, wie etwa, wenn der Verbrennungsmotor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch Kraftstoffeinspritzung auslösen kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgelegt sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 derart gezeigt, dass er zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 beinhaltet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können ausgelegt sein, aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff abzugeben. Wie unter Bezugnahme auf 2 und 3 ausgeführt, kann das Kraftstoffsystem 8 eine(n) oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffverteiler beinhalten. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. So stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (Direct Injection; hier nachfolgend als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Während die Einspritzvorrichtung 166 in 1 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert gezeigt ist, kann sie alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa in der Nähe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler zugeführt werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 ist in der Darstellung in dem Ansaugkanal 146 statt im Zylinder 14 in einer Konfiguration angeordnet, die Saugrohreinspritzung von Kraftstoff (Port Fuel Injection, im Folgenden als „PFT“ bezeichnet) in den Einlasskanal stromaufwärts von dem Zylinder 14 bereitstellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 kann aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 171 empfangen wird, einspritzen. Es ist zu beachten, dass ein einzelner Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet werden kann oder, wie dargestellt, mehrere Treiber, zum Beispiel der Treiber 168 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und der Treiber 171 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170, verwendet werden können.
In einem alternativen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 ausgelegt sein. In noch einem anderen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff stromaufwärts des Einlassventils 150 ausgelegt sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten, die ausgelegt ist, unterschiedliche Kraftstoffe in variierenden relativen Mengen als Kraftstoffgemisch aus den Kraftstoffsystemen aufzunehmen, und die außerdem ausgelegt ist, dieses Kraftstoffgemisch entweder als eine Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung direkt in den Zylinder oder als eine Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung stromaufwärts der Einlassventile einzuspritzen. Demnach versteht es sich, dass die hier beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die hier beispielhaft beschriebenen konkreten Auslegungen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beschränkt sein sollen.
Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzelnen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzvorrichtungen zugeführt werden. Beispielsweise kann jede Einspritzvorrichtung einen Teil einer Kraftstoffgesamteinspritzung zuführen, die in dem Zylinder 14 verbrannt wird. Außerdem können die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der von jeder Einspritzvorrichtung zugeführt wird, bei Betriebsbedingungen, wie etwa Motorlast, Klopfen und Abgastemperatur, wie hier nachstehend beschrieben, variieren. Der in das Ansaugrohr eingespritzte Kraftstoff kann während eines Ereignisses mit offenem Einlassventil, eines Ereignisses mit geschlossenem Einlassventil (z. B. im Wesentlichen vor dem Ansaugtakt) sowie während eines Betriebs bei sowohl offenem als auch geschlossenem Einlassventil zugeführt werden. Gleichermaßen kann direkt eingespritzter Kraftstoff beispielsweise während eines Ansaugtakts sowie teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Ansaugtakts und teilweise während des Verdichtungstakts zugeführt werden. Demnach kann selbst bei einem einzelnen Verbrennungsereignis eingespritzter Kraftstoff zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus der Saugrohr- und Direkteinspritzvorrichtung eingespritzt werden. Darüber hinaus können bei einem einzelnen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Takt durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, des Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese beinhalten Unterschiede in Bezug auf die Größe; beispielsweise kann eine Einspritzvorrichtung eine größere Einspritzöffnung als die andere aufweisen. Andere Unterschiede beinhalten unter anderem unterschiedliche Spritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Zielausrichtungen, unterschiedliche Einspritzzeitpunkte, unterschiedliche Spritzeigenschaften, unterschiedliche Positionen usw. Darüber hinaus können in Abhängigkeit von dem Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs zwischen den Einspritzvorrichtungen 170 und 166 unterschiedliche Wirkungen erzielt werden.
Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Die Unterschiede können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Wassergehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen könnte Benzin als erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit einer größeren Verdampfungswärme beinhalten. In einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor Benzin als erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Zu weiteren möglichen Stoffen gehören Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw.
In noch einem anderen Beispiel kann es sich ferner bei beiden Kraftstoffen um Alkoholgemische mit variierender Alkoholzusammensetzung handeln, wobei die erste Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E10 (das ungefähr zu 10 % aus Ethanol besteht), während die zweite Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer höheren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol besteht). Zusätzlich können sich der erste und der zweite Kraftstoff zudem in Bezug auf weitere Kraftstoffqualitäten unterscheiden, wie etwa einen Unterschied bei der Temperatur, Viskosität, Oktanzahl usw. aufweisen. Überdies können die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig variieren, z. B. aufgrund täglicher Variationen beim Tanken.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichtflüchtiger Festwertspeicherchip 110 zum Speichern ausführbarer Anweisungen gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen verschiedene Steuerungssignale von an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (Mass Air Flow - MAF) von dem Luftmassenstromsensor 122; der Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von dem Temperatursensor 116, der an die Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von dem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (Throttle Position - TP) von einem Drosselpositionssensor und eines Absolutkrümmerdrucksignals (Absolute Manifold Pressure- MAP) von dem Sensor 124. Ein Verbrennungsmotordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Verbrennungsmotortemperatur auf der Grundlage einer Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur ableiten.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Verbrennungsmotorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel kann das Einstellen eines Stroms verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader 159 das Einstellen eines Aktors des Verdichters 174 (z. B. des Elektromotors 159) beinhalten, um eine Ausgabe des Verdichters 174 (z. B. einer Menge verdichteter Ansaugluft, die von dem Verdichter 174 zu den Verbrennungsmotorzylindern strömt) einzustellen. Weitere Beispiele sind nachstehend in Bezug auf 4-6 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Verbrennungsmotor 10 jede geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und dargestellt sind.
In einigen Beispielen kann es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen handeln, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Verbrennungsmotor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Verbrennungsmotor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Verbrennungsmotors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Das Getriebe 54 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart sein. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig ausgelegt sein, einschließlich als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
2 zeigt schematisch ein Verbrennungsmotorsystem 200, das einen Verbrennungsmotors 295 beinhaltet, der dem Verbrennungsmotor 10, der vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben ist, ähnlich ist. Das Verbrennungsmotorsystem 200 beinhaltet mehrere Komponenten, die denjenigen, die vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben wurden, ähnlich sind. Zum Beispiel beinhaltet ein Verbrennungsmotorsystem 200 einen Ansaugkanal 220, einen Turbolader 285, der einen mit dem Elektromotor 293 gekoppelten Verdichter 294 aufweist, eine über die Welle 292 mit dem Verdichter 294 gekoppelte Turbine 288, eine Drossel 230, einen Abgaskanal 283 und eine Emissionssteuervorrichtung 284, die ähnlich dem Ansaugkanal 142, dem Turbolader 159, der einen mit dem Elektromotor 175 gekoppelten Verdichter 174 aufweist, der über die Welle 180 mit dem Verdichter 174 gekoppelten Turbine 176, der Drossel 162, des Abgaskanals 148 und der Emissionssteuervorrichtung 178, die jeweils vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben wurden, sind.
Ferner beinhaltet das Verbrennungsmotorsystem 200 in dem in 2 gezeigten Beispiel eine Vielzahl von Zylindern, die ähnlich dem vorstehend unter Bezug auf 1 beschriebenen Zylinder 14 sind, wobei sich die Zylinder in einer Reihenanordnung befinden (wobei z. B. jeder Zylinder entlang einer gleichen Achse angeordnet ist) und in einem Zylinderkopf 209 angeordnet sind. Insbesondere beinhaltet der Verbrennungsmotor 295 des Verbrennungsmotorsystems 200 einen ersten Zylinder 202, einen zweiten Zylinder 208 und einen dritten Zylinder 214. Der erste Zylinder 202 beinhaltet ein erstes Einlassventil 223, ein erstes Auslassventil 217, eine erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung 271 und eine erste Zündkerze 277, der zweite Zylinder 208 beinhaltet ein zweites Einlassventil 225, ein zweites Auslassventil 219, eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung 273 und eine zweite Zündkerze 279, und der dritte Zylinder 214 beinhaltet ein drittes Einlassventil 227, ein drittes Auslassventil 221, eine dritte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 275 und eine dritte Zündkerze 281. Jedes der Einlassventile (z. B. Einlassventile 223, 225 und 227) kann ähnlich dem Einlassventil 150 sein, jedes der Auslassventile (z. B. Auslassventile 217, 219 und 221) kann ähnlich dem Auslassventil 156 sein, jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (z. B. Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 271, 273 und 275) kann ähnlich der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 sein, und jede der Zündkerzen (z. B. die Zündkerzen 277, 279 und 281) kann ähnlich der Zündkerze 192 sein, wobei das Einlassventil 150, das Auslassventil 156, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und die Zündkerze 192 vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben sind. Obwohl der Verbrennungsmotor 295 in dem durch 2 gezeigten Beispiel drei Zylinder beinhaltet, kann der Verbrennungsmotor 295 in anderen Beispielen eine andere Anzahl von Zylindern beinhalten (z. B. vier, sechs, acht, zehn, zwölf usw.), wobei jeder Zylinder ein entsprechendes Einlassventil, Auslassventil, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und Zündkerze beinhaltet. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder mehr als ein Einlassventil und/oder Auslassventil beinhalten (z. B. zwei Einlassventile und zwei Auslassventile pro Zylinder).
Das Verbrennungsmotorsystem 200 kann zusätzlich einen oder mehrere Wärmetauscher (z. B. Kühler 264) beinhalten, die ausgelegt sind, eine Temperatur des durch den Zylinderkopf 209 strömenden Verbrennungsmotorkühlmittels (z. B. Wasser) zu reduzieren. Zum Beispiel zeigt 2 den Kühler 264 an den Verbrennungsmotor 295 über einen ersten Kühlmittelkanal 265 und einen zweiten Kühlmittelkanal 260 gekoppelt. Der Kühler 264 kann ausgelegt sein, Kühlmittel von dem Zylinderkopf 209 des Verbrennungsmotors 295 über den ersten Kühlmittelkanal 265 aufzunehmen und kann das Kühlmittel über ein oder mehrere Wärmetauschelemente (z. B. Rippen) des Kühlers 264 kühlen. Kühlmittel, das durch den Kühler 264 gekühlt wurde, kann über den zweiten Kühlmittelkanal 260 in den Zylinderkopf 209 strömen, sodass der erste Kühlmittelkanal 265 und der zweite Kühlmittelkanal 260 einen Kühlmittelkreislauf zwischen dem Kühler 264 und Kühlmittelkanälen bilden, die in einem Inneren des Zylinderkopfes 209 angeordnet sind.
Das Verbrennungsmotorsystem 200 kann ferner einen Ladekanal 296, der mit dem Verdichter 294 gekoppelt ist und ausgelegt ist, verdichtete Luft vom Verdichter 294 aufzunehmen, und den Umgehungskanal 224, der mit dem Ansaugkanal 220 gekoppelt ist, mit dem darin angeordneten Umgehungsventil 226 beinhalten. Der Ladekanal 296 kann zusätzlich einen oder mehrere Wärmetauscher, wie etwa den Ladeluftkühler 298, beinhalten, um eine Temperatur der verdichteten Luft, die durch den Ladekanal 296 von dem Verdichter 294 strömt, zu verringern. In einem Beispiel kann eine elektronische Steuerung des Verbrennungsmotorsystems 200 (z. B. ähnlich der Steuerung 12, die vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben ist) einen Öffnungsgrad des Umgehungsventils 226 einstellen, um einen Ansaugluftstrom durch sowohl den Ladekanal 296 als auch den Umgehungskanal 224 einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung einen Öffnungsgrad des Umgehungsventils 226 erhöhen, um einen Ansaugluftstrom vom Ansaugkanal 220 durch den Umgehungskanal 224 zu erhöhen und/oder einen Ansaugluftstrom vom Ansaugkanal 220 zum Verdichter 294 zu verringern. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung den Öffnungsgrad des Umgehungsventils 226 verringern, um den Ansaugluftstrom vom Ansaugkanal 220 durch den Umgehungskanal 224 zu verringern und/oder den Ansaugluftstrom vom Ansaugkanal 220 zum Verdichter 294 zu erhöhen. Das Erhöhen und Verringern der Öffnungsgrads des Umgehungsventils 226 über die Steuerung kann das Übertragen eines elektrischen Signals (z. B. eines elektrischen Impulses) an das Umgehungsventil 226 zum Einstellen des Öffnungsgrads beinhalten, wobei ein oder mehrere Parameter des elektrischen Signals (z. B. Amplitude, Impulsbreite usw.) den gewünschten Öffnungsgrad angeben. Beispielsweise kann ein elektrisches Signal mit einer längeren, ersten Impulsbreite das Umgehungsventil 226 auf einen ersten Öffnungsgrad einstellen, und ein elektrisches Signal mit einer kürzeren, zweiten Breite kann das Umgehungsventil 226 auf einen zweiten Öffnungsgrad einstellen, wobei der erste Öffnungsgrad ein größerer Öffnungsgrad als der zweite Öffnungsgrad ist.
Ferner kann die Menge der durch den Ladekanal 296 und/oder den Umgehungskanal 224 strömenden Ansaugluft zusätzlich durch Einstellen eines Öffnungsgrads der Drossel 230 eingestellt werden. In einem Beispiel kann die Steuerung den Öffnungsgrad der Drossel 230 erhöhen oder verringern, indem sie elektrische Signale an einen Aktor der Drossel 230 überträgt (z. B. ähnlich den vorstehend beschriebenen Beispieleinstellungen in Bezug auf das Umgehungsventil 226), um eine Position der Drossel 230 einzustellen (z. B. in dem Ansaugkanal 228). Die Drossel 230 kann eine Drosselklappe und/oder einen Positionssensor beinhalten, ähnlich der Drosselklappe 164 und dem Drosselpositionssensor, die vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben sind, und die Steuerung kann Signale vom Drosselpositionssensor empfangen, um den Öffnungsgrad der Drossel 230 zu bestimmen.
Unter Bedingungen, bei denen sich die Drossel 230 in einer geöffneten Position befindet (z. B. eine Position, in der die Drossel 230 nicht vollständig geschlossen ist), kann Ansaugluft durch die Drossel 230 und in den Ansaugkanal 228 strömen, der mit den Ansaugabzweigungen 233, 235 und 237 fluidisch gekoppelt ist. Jede der Ansaugabzweigungen koppelt den Ansaugkanal 228 fluidisch mit den Einlassöffnungen der Verbrennungsmotorzylinder. Die Ansaugabzweigung 233 koppelt zum Beispiel den Ansaugkanal 228 fluidisch mit der Einlassöffnung 232 des ersten Zylinders 202, die Ansaugabzweigung 235 koppelt den Ansaugkanal 228 fluidisch mit der Einlassöffnung 234 des zweiten Zylinders 208 und die Ansaugabzweigung 237 koppelt den Ansaugkanal 228 fluidisch mit der Einlassöffnung 236 des dritten Zylinders 214. Jeder der Ansaugkanäle (z. B. Ansaugkanal 232, Ansaugkanal 234 und Ansaugkanal 236) wird unter Bedingungen, bei denen das entsprechende Einlassventil sich in einer vollständig geschlossen Position befindet, durch ein entsprechendes Einlassventil (z. B. das erste Einlassventil 223, das zweite Einlassventil 225 beziehungsweise das dritte Einlassventil 227) abgedichtet. Die Ansaugabzweigungen 233, 235 und 237 können in dieser Schrift zusammen als ein Ansaugkrümmer bezeichnet werden.
Unter Bedingungen, bei denen sich das erste Einlassventil 223 in einer vollständig geschlossenen Position befindet, strömt die Ansaugluft in dem Ansaugkanal 228 und den Ansaugabzweigungen 233, 235 und 237 nicht durch die Einlassöffnung 232 und in den ersten Zylinder 202. Auf ähnliche Weise strömt unter Bedingungen, bei denen sich das zweite Einlassventil 225 in der vollständig geschlossenen Position befindet, strömt die Ansaugluft in dem Ansaugkanal 228 und den Ansaugabzweigungen 233, 235 und 237 nicht durch die Einlassöffnung 234 und in den zweiten Zylinder 208 und strömt unter Bedingungen, bei denen sich das dritte Einlassventil 227 in der vollständig geschlossenen Position befindet, die Ansaugluft im Ansaugkanal 228 und den Ansaugabzweigungen 233, 235 und 237 nicht durch die Einlassöffnung 236 und in den dritten Zylinder 214. Unter Bedingungen, bei denen sich das erste Einlassventil 223 jedoch in einer geöffneten Position befindet, kann die Ansaugluft in dem Ansaugkanal 228 und/oder den Ansaugabzweigungen durch die Einlassöffnung 232 in den ersten Zylinder 202 strömen. Auf ähnliche Weise kann unter Bedingungen, bei denen sich das zweite Einlassventil 225 in einer geöffneten Position befindet, Ansaugluft durch die Einlassöffnung 234 in den zweiten Zylinder 208 strömen und unter Bedingungen, bei denen sich das dritte Einlassventil 227 in einer geöffneten Position befindet, kann Ansaugluft durch die Einlassöffnung 236 in den dritten Zylinder 214 strömen.
Die Ansaugluft in dem Ansaugkanal 228 und den Ansaugabzweigungen 233, 235 und 237 kann sich für verschiedene Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen bei unterschiedlichen Drücken befinden. Unter Bedingungen, bei denen der Verdichter 294 sich dreht, um Ansaugluft zu verdichten, hat die verdichtete Ansaugluft zum Beispiel einen höheren Druck als atmosphärische Ansaugluft (z. B. Ansaugluft, die durch den Ansaugkanal 220 und den Umgehungskanal 224 strömt). In einem Beispiel kann der Druck der vom Verdichter 294 strömenden verdichteten Ansaugluft etwa 2,36 atm betragen, und der Druck der durch den Kanal 220 und den Umgehungskanal 224 strömenden Ansaugluft kann etwa 1 atm betragen. Unter Bedingungen, bei denen die Ansaugluft nicht aus dem Umgehungskanal 224 in den Ansaugkanal 228 strömt (z. B. unter Bedingungen, bei denen sich das Umgehungsventil 226 in der vollständig geschlossenen Position befindet), kann die Ansaugluft nur über den Verdichter 294 in den Ansaugkanal 228 strömen. Beispielsweise kann unter Bedingungen, bei denen sich das Umgehungsventil in der vollständig geschlossenen Position befindet, die durch den Ansaugkanal 220 strömende Ansaugluft an dem Umgehungskanal 224 vorbei und durch den Verdichter 294 geleitet werden, so dass die in den Ansaugkanal 228 strömende Ansaugluft dem Verdichter 294 und nicht dem Umgehungskanal 224 zugeführt wird. Infolgedessen kann ein Druck der Ansaugluft in dem Ansaugkanal 228 höher sein als der atmosphärische Luftdruck (z. B. 2,36 atm), und durch das Öffnen eines oder mehrerer der Einlassventile (z. B. des ersten Einlassventils 223) kann die mit druckbeaufschlagte Luft in die entsprechenden Zylinder strömen, die mit dem einem oder den mehreren Einlassventilen (z. B. den ersten Zylinder 202) gekoppelt sind.
Die Auslassventile jedes Zylinders (z. B. das erste Auslassventil 217 des ersten Zylinders 202, das zweite Auslassventil 219 des zweiten Zylinders 208 und das dritte Auslassventil 221 des dritten Zylinders 214) koppeln die Zylinder fluidisch mit dem Abgaskanal 283. Unter Bedingungen, bei denen sich die Auslassventile in einer geöffneten Position (z. B. in einer nicht vollständig geschlossenen Position) befinden, können Abgase (z. B. unverbrannte Ansaugluft und/oder verbrannter Kraftstoff und Luft) aus den Zylindern in den Abgaskanal 283 strömen. Beispielsweise können unter Bedingungen, bei denen sich das erste Auslassventil 217 in einer geöffneten Position befindet, Abgase aus dem ersten Zylinder 202 über eine erste Auslassöffnung 259 des ersten Zylinders 202 in den Abgaskanal 283 strömen. Unter Bedingungen, bei denen sich das erste Auslassventil 217 in der vollständig geschlossenen Position befindet (z. B. einer Position, in der das erste Auslassventil 217 an der ersten Auslassöffnung 259 anliegt), dichtet das erste Auslassventil 217 die erste Auslassöffnung 259 derart ab, dass keine Abgase vom ersten Zylinder 202 zum Abgaskanal 283 strömen. Ebenso dichtet das zweite Auslassventil 219 die zweite Auslassöffnung 261 auf ähnliche Weise ab und das dritte Auslassventil 221 dichtet die dritte Auslassöffnung 263 auf ähnliche Weise ab.
In einigen Beispielen, wie dem nachstehend in Bezug auf 5 beschriebenen Beispiel, können die Einlassventile und Auslassventile jeweils mechanisch angetrieben sein (z. B. angetrieben durch einen oder mehrere rotierende Nocken einer oder mehrerer Nockenwellen des Verbrennungsmotors). In anderen Beispielen, wie dem nachstehend in Bezug auf 6 beschriebenen Beispiel, können die Einlassventile und Auslassventile jeweils elektrisch angetrieben sein (z. B. angetrieben durch einen oder mehrere Magneten, wobei die Magneten ausgelegt sind, elektrische Signale von der Steuerung zu empfangen, um den Öffnungsgrad der Einlassventile und Auslassventile einzustellen) oder pneumatisch angetrieben sein (z. B. durch einen auf Druck ansprechenden Aktor betrieben).
Abgase können von den Zylindern durch den Abgaskanal 283 in Richtung der Turbine 288 und des Turbinenumgehungskanals 278 strömen. Der Turbinenumgehungskanal 282 kann ein darin angeordnetes Turbinenumgehungsventil 280 beinhalten, wobei das Turbinenumgehungsventil 280 auf verschiedene Öffnungsgrade des Umgehungsventils 280 übertragen werden, das ähnlich dem oben beschriebenen Umgehungsventil 226 ist), um einen Abgasstrom durch den Turbinenumgehungskanal 282 zu steuern. Um beispielsweise einen Abgasstrom von den Zylindern zu der Turbine 288 zu erhöhen, kann die Steuerung ein elektrisches Signal (z. B. einen elektrischen Impuls) an den Aktor des Turbinenumgehungsventils 280 übertragen, um einen Öffnungsgrad des Turbinenumgehungsventils 280 zu verringern. Der Verdichter 294 kann unter Bedingungen, bei denen Abgase aus den Zylindern und durch die Turbine 288 strömen, zumindest teilweise über die Welle 292 von der Turbine 288 angetrieben werden, ähnlich den vorstehend beschriebenen Beispielen, die vorstehen unter Bezug auf die Turbine 176 und den Verdichter 174, wie in 1 dargestellt. Um den Abgasstrom von den Zylindern zu der Turbine 288 zu verringern, kann die Steuerung in einem anderen Beispiel ein elektrisches Signal an den Aktor des Turbinenumgehungsventils 280 übertragen, um den Öffnungsgrad des Turbinenumgehungsventils 280 zu erhöhen. Abgase, die durch das Turbinenumgehungsventil 280 und/oder die Turbine 288 strömen, können durch den Abgaskanal 290 in Richtung der Emissionssteuervorrichtung 284 und hinaus in die Atmosphäre strömen. Obwohl nicht in 2 gezeigt, kann das Verbrennungsmotorsystem 200 in einigen Beispielen ein Niederdruck(ND)- oder Hochdruck(HD)-Abgasrückführungssystem (AGR-System) beinhalten, um einen Teil der aus den Zylindern ausströmenden Abgase in einen oder mehrere der Ansaugkanäle (z. B. Ansaugkanal 228) zurückzuführen.
3 zeigt eine Zylinderzündfolge eines Verbrennungsmotors, der drei Zylinder beinhaltet, wie etwa des vorstehend in Bezug auf 2 beschriebenen Verbrennungsmotors 295 und/oder des vorstehend in Bezug auf 1 beschriebenen Verbrennungsmotors 10. 3 stellt Zündzeitpunktdiagramme für jeden der drei Zylinder dar. Es versteht sich, dass die Zylinder 1, 2 und 3 in 3 einem ersten Zylinder 202, einem zweiten Zylinder 208 beziehungsweise einem dritten Zylinder 214 aus 2 entsprechen können. Für jedes Diagramm ist die Zylindernummer auf der y-Achse gezeigt und die Verbrennungsmotortakte sind auf der x-Achse dargestellt. Ferner sind die Zündung und das entsprechende Verbrennungsereignis in jedem Zylinder durch ein Sternsymbol zwischen den Verdichtungstakten und Arbeitstakten in dem Zylinder gekennzeichnet. Ferner zeigt das zusätzliche Diagramm 300 Zylinderzündereignisse in jedem Zylinder um einen Kreis herum, der 720 Grad Kurbeldrehung darstellt.
In dem Beispiel aus 3 können Zünd- und Verbrennungsereignisse in dem Verbrennungsmotor und zwischen den drei Zylindern in Abständen von 240 Grad KW (Kurbelwinkel) auftreten. Hier können Zündereignisse in gleichmäßig beabstandeten Abständen auftreten. Ebenso kann jeder Verbrennungsmotortakt in den drei Zylindern in Abständen von 240 Grad KW auftreten. Zum Beispiel kann auf einen Ausstoßtakt in Zylinder 1 ein Ausstoßtakt in Zylinder 2 bei ungefähr 240 Grad KW nach dem Ausstoßtakt in Zylinder 1 folgen. Auf ähnliche Weise kann auf den Ausstoßtakt in Zylinder 2 in einem Abstand von 240 Grad KW ein Ausstoßtakt in Zylinder 3 folgen. Zündereignisse in dem Verbrennungsmotor können ähnlich erfolgen. Eine beispielhafte Zündfolge für den Dreizylinder-Verbrennungsmotor kann 2-1-3-2-1-3 sein. Wie bei 300 veranschaulicht, kann Zylinder 1 ungefähr 240 Grad KW, nachdem Zylinder 2 gezündet wurde, gezündet werden, Zylinder 3 kann ungefähr 240 Grad KW nach dem Zündereignis in Zylinder 1 gezündet werden und Zylinder 2 kann ungefähr 240 Grad KW nach dem Zündereignis in Zylinder 3 gezündet werden. Somit kann ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors das Zünden eines zweiten, ersten und dritten Zylinders der drei Zylinder umfassen, wobei jedes Zündereignis durch 240 Grad Kurbelwinkel (KW) getrennt ist.
Es versteht sich, dass die gleichmäßigen Zündabstände von 240 Grad KW in dem Dreizylinder-Verbrennungsmotor annähernd sein können. In einem Beispiel kann der Zündabstand zwischen Zylinder 3 und Zylinder 2 230 Grad KW betragen. In einem anderen Beispiel kann der Zündabstand zwischen Zylinder 3 und Zylinder 2 255 Grad KW betragen. In einem weiteren Beispiel kann der Zündabstand zwischen Zylinder 3 und Zylinder 2 genau 240 Grad KW betragen. Ebenso kann der Zündabstand zwischen Zylinder 2 und Zylinder 1 innerhalb eines Bereichs zwischen 230 Grad KW und 255 Grad KW variieren. Die gleiche Variation kann für Zündabstände zwischen Zylinder 1 und Zylinder 3 gelten. Andere Variationen können ebenfalls möglich sein.
Die in 3 dargestellte Zylinderanordnung und Zündfolge beschreibt den Betrieb eines Dreizylinder-Verbrennungsmotors. In einigen Beispielen kann die Zündfolge eine andere Zündfolge sein, wie etwa 1-2-3-1-2-3. In einem weiteren Beispiel kann der Verbrennungsmotor sechs Zylinder beinhalten, die in zwei Bänken angeordnet sind, wobei jede Bank eine Gruppierung von drei Zylindern besitzt (z. B. V6-Verbrennungsmotor), wobei jede Gruppierung von drei Zylindern die gleiche Anordnung aufweist, die vorstehend in Bezug auf die 2-3 beschrieben wurde. In der Anordnung mit zwei Bänken mit je drei Zylindern kann die Zündfolge 2-5-1-4-3-6 sein, beispielsweise wenn sich die Zylinder 1, 2 und 3 in einer Gruppierung befinden, während sich die Zylinder 4, 5 und 6 in der anderen Gruppierung befinden. Alle Vorteile der hierin beschriebenen Verfahren für einen Dreizylinder-Verbrennungsmotor gelten auch für das Beispiel des V6-Verbrennungsmotors. In noch einem weiteren Beispiel kann der Verbrennungsmotor sechs Zylinder aufweisen, die in Reihe angeordnet sind (z. B. entlang einer gemeinsamen Achse, als 16-Berbrennungsmotor) als zwei Gruppierungen von je drei Zylindern, wobei jede Gruppierung von drei Zylindern die gleiche Anordnung aufweist, die vorstehend in Bezug auf die 2-3 beschrieben wurde. In dieser Anordnung kann die Zündfolge 2-5-1-4-3-6 sein, wobei sich die Zylinder 1, 2 und 3 in einer Gruppierung befinden, während sich die Zylinder 4, 5 und 6 in der anderen Gruppierung befinden. Alle Vorteile der hierin beschriebenen Verfahren für einen Dreizylinder-Verbrennungsmotor (und Sechszylinder-V6-Verbrennungsmotor) gelten auch für den I6-Verbrennungsmotor. In noch einem weiteren Beispiel kann der Verbrennungsmotor zwölf Zylinder aufweisen, die in zwei Bänken mit je sechs Zylindern (z. B. V12-Verbrennungsmotor) angeordnet sind, wobei jede Bank mit sechs Zylindern die gleiche Anordnung aufweist, die in der vorstehenden Erläuterung des I6-Verbrennungsmotors beschrieben ist (z. B. beinhaltet jede Bank mit sechs Zylindern zwei Gruppierungen mit je drei Zylindern, und jede Gruppierung mit drei Zylindern besitzt die gleiche Anordnung, die vorstehend in Bezug auf die 2-3 beschrieben ist). In dieser Anordnung kann die Zündfolge zum Beispiel 1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10 sein, wobei sich die Zylinder 1-6 in einer Bank befinden, während sich die Zylinder 7-12 in der anderen Bank befinden. Alle Vorteile der hierin beschriebenen Verfahren für einen Dreizylindermotor (und Sechszylinder-I6- und V6-Verbrennungsmotoren) gelten auch für das Beispiel des V12-Verbrennungsmotors. In noch weiteren Beispielen kann der Verbrennungsmotor eine unterschiedliche Anzahl von Zylindern aufweisen, wie beispielsweise vier, acht, zehn usw., und alle Vorteile der hierin beschriebenen Verfahren gelten auch für diese Verbrennungsmotorzylinderauslegungen.
4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zum Steuern eines elektrischen Turboladers eines Verbrennungsmotors, um den Verbrennungsmotor zu starten. In einigen Beispielen können der elektrische Turbolader und der Verbrennungsmotor der elektrische Turbolader 159 und der Verbrennungsmotor 10, die vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben sind, und der elektrische Turbolader 285 und der Verbrennungsmotor 295, die vorstehend in Bezug auf 2 beschrieben sind, sein. In einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor eine Zündfolge aufweisen, die ähnlich der in 3 gezeigten und vorstehend beschriebenen Zündfolge ist. Die in 3 gezeigte Zündfolge ist jedoch ein nicht einschränkendes Beispiel einer Zündfolge, die mit dem in 3 veranschaulichten Verfahren verwendet werden kann, und andere Zündfolgen sind möglich. Zusätzlich kann das von 3 veranschaulichte Verfahren für Verbrennungsmotoren gelten, die eine andere Zylinderzahl (z. B. vier, acht usw.) und/oder eine andere Zylinderanordnung (z. B. Reihenanordnung, mehrere Zylinderbänke usw.), wie vorstehend beschrieben, aufweisen. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 400 und der übrigen der hier eingeschlossenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12, die in 1 gezeigt ist und vorstehend beschrieben ist) auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Verbrennungsmotorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa von den zuvor in Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Verbrennungsmotoraktoren des Verbrennungsmotorsystems einsetzen, um den Verbrennungsmotorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 402 beinhaltet das Verfahren ein Schätzen und/oder Messen von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen. Beispielsweise können die Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen die Verbrennungsmotordrehzahl, das Verbrennungsmotordrehmoment, die Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Zündfunkenzündungszeitpunkt, den Luftdruck, die Ladedurchflussmenge und/oder den Ladedruck, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Kurbelwellenposition usw. beinhalten. Die Steuerung kann die Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen auf Grundlage von Signalen, die von einem oder mehreren Sensoren des Verbrennungsmotorsystems an die Steuerung übertragen werden, schätzen und/oder messen. Zum Beispiel kann die Steuerung Signale (z. B. elektrische Signale) von einem Kurbelwellenpositionssensor (z. B. dem in 1 gezeigten Hall-Effekt-Sensor 120 oder einem anderen Typ) empfangen, um eine Position der Kurbelwelle zu schätzen und/oder zu messen (z. B. Grad der Drehung der Kurbelwelle in Bezug auf eine Referenzposition oder Ausgangsposition). In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung Signale (z. B. elektrische Signale) von einem Krümmerabsolutdrucksensor (z. B. dem in 1 gezeigten Sensor 124) empfangen, um den Absolutansaugkrümmerdruck zu schätzen und/oder zu messen. In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung Signale von einem oder mehreren Luftmassenstromsensoren (z. B. dem in 1 gezeigten Luftmassenstromsensor 122) empfangen, die stromaufwärts oder stromabwärts von einem Verdichter des elektrischen Turboladers angeordnet sind (z. B. dem in 1 gezeigten Verdichter 174 oder dem in 2 gezeigten Verdichter 294), um eine Menge verdichteter Luft (von dem Verdichter) und/oder nicht verdichteter Luft (von einem Umgehungskanal, wie etwa dem in 2 dargestellten Umgehungskanal 224) zu messen und/oder zu schätzen, die zu den Verbrennungsmotorzylindern (z. B. dem in 2 gezeigten ersten Zylinder 202, zweiten Zylinder 208 und/oder dritten Zylinder 214) strömt.
Bei 404 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, ob der Verbrennungsmotor in Betrieb ist. In einem Beispiel kann die Bestimmung, ob der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, auf Grundlage der bei 402 geschätzten und/oder gemessenen Verbrennungsmotorbedingungen erfolgen. Beispielsweise kann die Steuerung auf Grundlage von Steuersignalen, die von den Sensoren des Verbrennungsmotors an die Steuerung übertragen werden (z. B. den vorstehend in Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren), bestimmen, ob der Verbrennungsmotor in Betrieb ist. In einem Beispiel kann die Steuerung auf Grundlage der geschätzten und/oder gemessenen Verbrennungsmotordrehzahl, Verbrennungsmotordrehmomentausgabe, Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Zündfunkenzündungszeitpunkt, der Kraftstoffeinspritzmenge und/oder der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur bestimmen, ob der Verbrennungsmotor in Betrieb ist. Unter Bedingungen, bei denen zum Beispiel kein Kraftstoff in die Verbrennungsmotorzylinder eingespritzt wird und/oder der Verbrennungsmotor kein Drehmoment erzeugt, kann die Steuerung bestimmen, dass der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist (z. B. kein(e) Kraftstoff/Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrannt wird). In einem anderen Beispiel kann die Steuerung unter Bedingungen, bei denen über eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen Kraftstoff in die Verbrennungsmotorzylinder eingespritzt wird und der Verbrennungsmotor ein Drehmoment erzeugt, bestimmen, dass der Verbrennungsmotor in Betrieb ist (z. B. der Verbrennungsmotor Kraftstoff/Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrennt).
In einigen Beispielen kann die Steuerung eine Betriebsdauer des Verbrennungsmotors weiter abschätzen und/oder bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerung in einem Beispiel bestimmen, wie lange der Verbrennungsmotor für eine Dauer seit der letzten Verbrennungsmotorstartanforderung in Betrieb war. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung bestimmen, wie lange der Verbrennungsmotor seit einem letzten Verbrennungsmotorabschaltereignis nicht in Betrieb war. Unter Bedingungen, bei denen die Steuerung bestimmt, dass der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist (z. B. sich der Verbrennungsmotor in einem Nichtbetriebsmodus befindet und keine(n) Kraftstoff/Luft verbrennt, wie vorstehend beschrieben), kann die Steuerung eine Dauer des Nichtbetriebsmodus auf Grundlage einer Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (die z. B. durch Signale, die von einem oder mehreren Motorkühlmitteltemperatursensoren an die Steuerung übertragen werden, angegeben wird) und/oder anderer geschätzter und/oder gemessener Verbrennungsmotorparameter (z. B. Betriebsbedingungen) schätzen. Unter Bedingungen, bei denen die Steuerung bestimmt, dass der Verbrennungsmotor in Betrieb ist (z. B. sich der Verbrennungsmotor in einem Betriebsmodus befindet, in dem Kraftstoff/Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrannt wird, wie vorstehend beschrieben) kann die Steuerung auf Grundlage der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur und/oder anderer geschätzter und/oder gemessener Verbrennungsmotorparameter eine Dauer schätzen, über die der Verbrennungsmotor in Betrieb war. In noch weiteren Beispielen kann die Steuerung die Dauer des Verbrennungsmotorbetriebs oder des Nichtbetriebs auf Grundlage von Informationen (z. B. Daten) bestimmen, die in einem Speicher (z.B. nicht-flüchtiger Computerspeicher) der Steuerung gespeichert sind. Beispielsweise kann die Steuerung unter Bedingungen, bei denen der Verbrennungsmotor von einem Betriebsmodus in einen Nichtbetriebsmodus überführt wird, Informationen, die die Dauer des Betriebsmodus angeben, im Speicher der Steuerung speichern. Auf ähnliche Weise kann die Steuerung unter Bedingungen, bei denen der Verbrennungsmotor von dem Nichtbetriebsmodus in den Betriebsmodus überführt wird, Informationen, die die Dauer des Nichtbetriebsmodus angeben, im Speicher der Steuerung speichern.
Wenn die Steuerung bei 404 bestimmt, dass der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, geht das Verfahren als Reaktion darauf zu 406 über, wo das Verfahren das Aufrechterhalten von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen beinhaltet. Wenn der Verbrennungsmotor beispielsweise bei 404 in Betrieb ist, kann die Steuerung bei 406 die Drehzahl, die Drehmomentausgabe, die Kraftstoffeinspritzrate und/oder andere Verbrennungsmotorbetriebsparameter aufrechterhalten (z. B. kann die Steuerung die Verbrennungsmotorbetriebsparameter nicht einstellen).
Wenn die Steuerung bei 404 jedoch bestimmt, dass der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist (sich der Verbrennungsmotor z. B. im Nichtbetriebsmodus befindet), geht das Verfahren als Reaktion darauf zu 408 über, wo das Verfahren das Bestimmen beinhaltet, ob ein Verbrennungsmotorstartbetrieb angefordert wird. In einem Beispiel kann eine Verbrennungsmotorstartanforderung als Reaktion auf ein Zündschlüssel-Einschaltereignis oder ein alternatives Fahrzeug-Einschaltereignis erfolgen. Als ein anderes Beispiel kann bei Verbrennungsmotoren, die mit einem Start-Stopp-Knopf ausgelegt sind, eine Verbrennungsmotorstartanforderung als Reaktion darauf erfolgen, dass ein Bediener des Verbrennungsmotors (z. B. ein Fahrer eines Fahrzeugs, das den Verbrennungsmotor beinhaltet) den Start-Stopp-Knopf drückt.
Wenn bei 408 keine Verbrennungsmotorstartanforderung angegeben wird, geht das Verfahren als Reaktion darauf (z. B. als Reaktion auf das Fehlen der Verbrennungsmotorstartanforderung) zu 406 über, wo das Verfahren das Aufrechterhalten von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen beinhaltet. Wenn bei 408 beispielsweise keine Verbrennungsmotorstartanforderung angegeben wird, kann die Steuerung bei 406 den Verbrennungsmotor in dem Nichtbetriebsmodus halten (z. B. kann die Steuerung keinen Kraftstoff in die Verbrennungsmotorzylinder einspritzen und/oder keinen Zündfunken in den Verbrennungsmotorzylindern auslösen).
Wenn jedoch bei 408 eine Verbrennungsmotorstartanforderung angegeben wird, geht das Verfahren als Reaktion darauf (z. B. als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung und während der Verbrennungsmotorstartanforderung) zu 410 über, wo das Verfahren das Bestimmen einer Kolbenposition für jeden Zylinder beinhaltet. In einem Beispiel kann die Steuerung die Kolbenposition für jeden Zylinder auf Grundlage von Signalen (z. B. elektrischen Signalen) bestimmen, die von einem oder mehreren Kurbelwellenpositionssensoren (z. B. dem Hall-Effekt-Sensor 120, der in 1 gezeigt und vorstehen beschrieben ist) an die Steuerung übertragen werden. Die Steuerung kann beispielsweise während eines letzten Verbrennungsmotorabschaltereignisses (z. B. eines Verbrennungsmotorabschaltereignisses, das der Bestimmung bei 410 vorangeht) elektrische Signale von dem einem oder den mehreren Kurbelwellenpositionssensoren empfangen und einen Grad der Drehung der Kurbelwelle in Bezug auf einen Referenzpunkt schätzen und/oder messen. In einem Beispiel kann der Referenzpunkt 0° der Kurbelwellendrehung entsprechen, und die Steuerung kann den Grad der Kurbelwellendrehung in Bezug auf den Referenzpunkt auf Grundlage der Signale bestimmen, die von dem einen oder den mehreren Kurbelwellenpositionssensoren an die Steuerung übertragen werden (z. B. 240° in Bezug auf den Referenzpunkt, 300° in Bezug auf den Referenzpunkt usw.)
Ferner kann die Steuerung Signale von dem einem oder den mehreren Kurbelwellenpositionssensoren empfangen, die eine Anzahl von vollständigen Umdrehungen der Kurbelwelle während der letzten Dauer des Verbrennungsmotorbetriebs angeben, um die Kolbenposition für jeden Zylinder in Bezug auf eine Zündfolge des Verbrennungsmotors zu bestimmen (z. B. die Zündfolge, die in 3 gezeigt und vorstehend beschrieben ist). Zum Beispiel kann die Steuerung bei 410 bestimmen, dass sich der Kolben, der in dem ersten Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnet ist (z. B. der erste Zylinder 202, der in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist), in einer Position zwischen der Position des oberen Totpunktes (OT) und der Position des unteren Totpunktes (UT) befindet, und kann ferner einen Takt bestimmen, der der Position des Kolbens zugeordnet ist, der in dem ersten Zylinder angeordnet ist. Beispielsweise kann die Steuerung bestimmen, dass eine weitere Drehung der Kurbelwelle den Kolben in dem ersten Zylinder in Richtung der OT-Position bewegen würde. Auf ähnliche Weise kann die Steuerung bei 410 bestimmen, dass sich der Kolben, der in dem zweiten Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnet ist (z. B. der zweite Zylinder 208, der in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist), in einer Position zwischen dem OT und dem UT befindet, und die Steuerung kann ferner bestimmen, dass eine Drehung der Kurbelwelle den Kolben, der in dem zweiten Zylinder angeordnet ist, in Richtung der UT-Position bewegen würde. Die Steuerung kann für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors eine ähnliche Bestimmung durchführen (z. B. für jeden Kolben, der in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnet ist).
Als Reaktion auf das Bestimmen der Kolbenposition für jeden Zylinder bei 410, wie vorstehend beschrieben, geht das Verfahren von 410 zu 412 über, wo das Verfahren das Zuführen von Energie zu dem elektrischen Turbolader, der mit dem Ansaugsystem des Verbrennungsmotors gekoppelt ist, beinhaltet, um den Ansaugluftdruck über einen Schwellenwertdruck zu erhöhen. Wie vorstehend in Bezug auf den elektrischen Turbolader 159, der in 1 gezeigt ist, und den elektrischen Turbolader 285, der in 2 gezeigt ist, beschrieben, beinhaltet der elektrische Turbolader einen Elektromotor (z. B. den Elektromotor 175 des elektrischen Turboladers 159 oder den Elektromotor 293 des elektrischen Turboladers 285), der ausgelegt ist, den Verdichter des elektrischen Turboladers (z.B. den Verdichter 174 des elektrischen Turboladers 159 oder den Verdichter 294 des elektrischen Turboladers 285) als Reaktion auf die Zufuhr von Energie zu dem Elektromotor anzutreiben. Insbesondere ist der Elektromotor ausgelegt, den Verdichter des elektrischen Turboladers unter Bedingungen zu drehen, bei denen dem Elektromotor Energie zugeführt wird (z. B. elektrische Leistung über eine oder mehrere elektrische Leistungsquellen des Verbrennungsmotors, wie etwa die Batterie 58, die in 1 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, an den Elektromotor geleitet wird). In einem Beispiel kann der Elektromotor den Verdichter als Reaktion auf ein Steuersignal drehen, das von der Steuerung an den Elektromotor übertragen wird. In einigen Beispielen kann der Elektromotor ein Elektromotor mit konstanter Drehzahl sein, der zwischen einem eingeschalteten Modus (z. B. einem Modus, in dem der Elektromotor den Verdichter des elektrischen Turboladers dreht) und einem ausgeschalteten Modus (z. B. einem Modus, in dem der Elektromotor den Verdichter des elektrischen Turboladers nicht dreht) verstellbar ist, wobei die Verstellung zwischen dem eingeschalteten Modus und dem ausgeschalteten Modus als Reaktion auf Steuersignale erfolgt, die von der Steuerung an den Elektromotor übertragen werden. In einem anderen Beispiel kann der Elektromotor ein Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl sein, der ausgelegt ist, den Verdichter des elektrischen Turboladers als Reaktion auf unterschiedliche Energiezufuhrpegel des Elektromotors mit unterschiedlichen Drehzahlen zu drehen. Beispielsweise kann es sich bei dem Elektromotor um einen Gleichstrom-(DC)-Elektromotor mit einer Drehzahl handeln, bei der der Elektromotor den Verdichter als Reaktion auf eine dem Elektromotor zugeführte elektrische Spannung dreht. In einem Beispiel kann der Elektromotor den Verdichter mit einer niedrigeren ersten Drehzahl (z. B. 5.000 Umdrehungen pro Minute) als Reaktion auf eine niedrigere, erste elektrische Spannung (z. B. 120 Volt) drehen, die dem Elektromotor zugeführt wird, und der Elektromotor kann den Verdichter mit einer höheren, zweiten Drehzahl (z. B. 10.000 Umdrehungen pro Minute) als Reaktion auf eine höhere, zweite elektrische Spannung (z. B. 240 Volt) drehen, die dem Elektromotor zugeführt wird.
Bei 412 wird dem Elektromotor Energie zugeführt (wie vorstehend beschrieben), um den Verdichter des elektrischen Turboladers zu drehen, um den Ansaugluftdruck über den Schwellenwertdruck zu erhöhen. Der Elektromotor kann zum Beispiel von dem ausgeschalteten Modus in den eingeschalteten Modus verstellt werden, um einen Druck einer Ansaugluft in dem Ansaugsystem über den Schwellenwertdruck zu erhöhen. In einem Beispiel kann der Schwellenwertdruck 2,36 atm sein. In einigen Beispielen kann sich bei 412 eine Drossel des Verbrennungsmotors (z. B. die Drossel 230, die in 2 gezeigt ist, oder die Drossel 162, die in 1 gezeigt ist) in der vollständig geschlossenen Position befinden, und der Druck der Ansaugluft kann stromaufwärts der Drossel erhöht werden (z. B. in dem Ladekanal 296, der in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben wird). In anderen Beispielen kann sich die Drossel des Verbrennungsmotors in einer teilweise geöffneten Position oder vollständig geöffneten Position befinden, und der Druck der Ansaugluft kann stromabwärts von der Drossel (z. B. am Ansaugkrümmer) über den Schwellenwertdruck erhöht werden.
Als Reaktion auf die Zufuhr von Energie zu dem elektrischen Turbolader bei 412 geht das Verfahren optional von 412 zu 414 über, wo es das Einstellen von Positionen von einem oder mehreren Einlassventilen und/oder Auslassventilen des Verbrennungsmotors beinhaltet. In einigen Beispielen erfolgt das Einstellen von Positionen von einem oder mehreren Einlassventilen und/oder Auslassventilen bei 414 solange oder während dem elektrischen Turbolader bei 412 Energie zugeführt wird. In einem Beispiel kann das Einstellen der Positionen des einen oder der mehreren Einlassventile und/oder Auslassventile erfolgen, bevor der Ansaugluftdruck den Schwellenwertdruck überschreitet. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor ausgelegt sein, elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und/oder Auslassventile zu beinhalten, derart dass die Positionen der Einlassventile und/oder Auslassventile als Reaktion auf Signale (z. B. elektrische Signale), die von der Steuerung an Aktoren der Einlassventile und/oder Auslassventile übertragen werden, eingestellt werden können. In einem Beispiel kann es sich bei jedem der Einlassventile (z. B. dem ersten Einlassventil 223, dem zweiten Einlassventil 225 und dem dritten Einlassventil 227) um ein elektrisch oder pneumatisch betätigtes Ventil handeln, und bei jedem der Auslassventile (z. B. dem ersten Auslassventil 217, dem zweiten Auslassventil 219 und dem dritten Auslassventil 221) kann es sich um ein elektrisch oder pneumatisch betätigtes Ventil handeln. Bei 414 kann die Steuerung elektrische Signale an Aktoren der Einlassventile und/oder Auslassventile übertragen, um den Öffnungsgrad der Einlassventile und/oder Auslassventile einzustellen. Beispielsweise kann/können bei 414 eines oder mehrere der Einlassventile von einer teilweise geschlossenen oder vollständig geschlossenen Position in eine vollständig geöffnete Position bewegt werden, und/oder eines oder mehrere der Auslassventile kann/können von einer teilweise geschlossenen oder vollständig geschlossenen Position in eine vollständig geöffnete Position bewegt werden. Auf ähnliche Weise kann/können eines oder mehrere der Einlassventile von einer teilweise geöffneten oder vollständig geöffneten Position in die vollständig geschlossene Position bewegt werden, und/oder eines oder mehrere der Auslassventile kann/können von einer teilweise geöffneten oder vollständig geöffneten Position in die vollständig geschlossene Position bewegt werden.
In einigen Beispielen kann die Steuerung auf Grundlage der bestimmten Kolbenpositionen für jeden Zylinder (z. B. den bei 410 bestimmten Kolbenpositionen) bestimmen, welche Einlassventile und welche Auslassventile einzustellen sind. In Bezug auf den Verbrennungsmotor 295, der in 2 gezeigt ist und vorstehend beschrieben ist, kann die Steuerung bei 410 bestimmen, dass sich der Kolben, der in dem zweiten Zylinder 208 angeordnet ist, in der OT-Position befindet, derart dass eine Drehung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors den Kolben, der in dem zweiten Zylinder 208 angeordnet ist, in Richtung der UT-Position bewegen würde. Ferner kann die Steuerung bestimmen, dass sich die Kolben, die in dem ersten Zylinder 202 und des dritten Zylinders 214 angeordnet sind, in Positionen zwischen der OT-Position und der UT-Position befinden, derart dass eine Drehung der Kurbelwelle den Kolben, der in dem ersten Zylinder 202 angeordnet ist, in Richtung der UT-Position bewegen würde, und dass eine Drehung der Kurbelwelle den Kolben, der in dem dritten Zylinder 214 angeordnet ist, in Richtung der OT-Position bewegen würde. Die Steuerung kann die relative Bewegung der Kolben als Reaktion auf eine Drehung der Kurbelwelle auf Grundlage einer vorbestimmten Zündfolge (z. B. Zündzeitpunkt) der Zylinder, die in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuerung gespeichert ist (z. B. der Zündfolge, die in 3 gezeigt und vorstehend beschrieben ist), bestimmen.
Bei 410 kann die Steuerung bestimmen, welche Kolben am nächsten an der OT-Position positioniert sind und ausgelegt sind, sich als Reaktion auf eine positive Drehung der Kurbelwelle (z. B. eine Drehung der Kurbelwelle in einer normalen Antriebsrichtung der Kurbelwelle während des Betriebs des Verbrennungsmotors) in Richtung der OT-Position zu bewegen. Die Steuerung kann dann bei 414 Einlassventile vollständig öffnen, die mit Zylindern gekoppelt sind, die die Kolben beinhalten, die der OT-Position am nächsten liegen und ausgelegt sind, sich in Richtung der UT-Position zu bewegen. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor nur drei Zylinder beinhalten, und ein einzelner Zylinder (z. B. der zweite Zylinder 208) des Verbrennungsmotors kann einen Kolben beinhalten, der näher am OT positioniert ist als jeder andere Kolben jedes anderen Zylinders, wobei der Kolben des einzelnen Zylinders ausgelegt ist, sich als Reaktion auf eine positive Drehung der Kurbelwelle in Richtung UT zu bewegen. Bei 414 kann die Steuerung Einlassventile vollständig öffnen, die mit dem einzelnen Zylinder gekoppelt sind, und kann Einlassventile nicht öffnen, die mit jedem anderen Zylinder gekoppelt sind.
In einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor nur sechs Zylinder beinhalten, und zwei Zylinder des Verbrennungsmotors können Kolben beinhalten, die eine gleiche relative Kolbenposition aufweisen, wobei die Kolben der zwei Zylinder näher am OT positioniert sind als jeder andere Kolben jedes anderen Zylinders und wobei die Kolben der zwei Zylinder ausgelegt sind, sich als Reaktion auf eine positive Drehung der Kurbelwelle in Richtung UT zu bewegen. Bei 414 kann die Steuerung Einlassventile vollständig öffnen, die mit den zwei Zylindern gekoppelt sind, und kann Einlassventile nicht einstellen, die an jeden anderen Zylinder gekoppelt sind. Weitere Beispiele sind für Verbrennungsmotoren möglich, die unterschiedliche Zylinderzahlen beinhalten (z. B. acht), wobei die Steuerung Einlassventile von Zylindern öffnet, die Kolben beinhalten, die am nächsten zum OT positioniert sind und ausgelegt sind, sich in Richtung UT zu bewegen, und wobei die Steuerung die Einlassventile jedes anderen Zylinders nicht einstellt. Die Zylinder, die Einlassventile aufweisen, die bei 414 in die vollständig geöffnete Position bewegt werden, können in dieser Schrift zusammen als eine erste Zylindergruppe bezeichnet werden. Beispielsweise beinhalten die Zylinder der ersten Zylindergruppe eine erste Vielzahl von Einlassventilen und eine erste Vielzahl von Auslassventilen, wobei sich jedes Einlassventil der ersten Vielzahl von Einlassventilen in einer geöffneten Position (z. B. der vollständig geöffneten Position) befindet und wobei sich jedes Auslassventil der ersten Vielzahl von Auslassventilen in einer vollständig geschlossenen Position befindet.
Ferner kann die Steuerung bei 414 Positionen von einem oder mehreren Auslassventilen des Verbrennungsmotors einstellen. Insbesondere können Auslassventile, die mit jedem Zylinder der ersten Zylindergruppe gekoppelt sind, bei 414 nicht eingestellt werden. Jedoch können Auslassventile, die mit jedem anderen Zylinder gekoppelt sind (z. B. Zylindern, die nicht durch die erste Zylindergruppe beinhaltet sind), bei 414 in eine vollständig geöffnete Position bewegt werden. Zylinder, die Auslassventile aufweisen, die bei 414 in die vollständig geöffnete Position bewegt werden, können in dieser Schrift zusammen als eine zweite Zylindergruppe bezeichnet werden, wobei die zweite Zylindergruppe sich von der ersten Zylindergruppe unterscheidet. Während beispielsweise verdichtete Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe geleitet wird, um die Kurbelwelle anzutreiben (wie nachstehend in Bezug auf 416 beschrieben) kann ein Gasdruck in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe auf atmosphärischem Luftdruck gehalten werden, da die Zylinder der zweiten Zylindergruppe eine zweite Vielzahl von Einlassventilen und eine zweite Vielzahl von Auslassventilen beinhalten, wobei sich jedes Einlassventil der zweiten Vielzahl von Einlassventilen in einer vollständig geschlossenen Position befindet und wobei sich jedes Auslassventil der zweiten Vielzahl von Auslassventilen in einer geöffneten Position (z. B. bei 414 auf die vollständig geöffnete Position eingestellt) befindet
Durch das Einstellen der Einlassventile der ersten Zylindergruppe auf die vollständig geöffnete Position und das Einstellen der Auslassventile der zweiten Zylindergruppe auf die vollständig geöffnete Position bei 414 können Zylinder, die Kolben beinhalten, die sich nicht in Richtung der UT-Position bewegen (z. B. Zylinder in der zweiten Zylindergruppe), auf atmosphärischem Druck gehalten werden (z. B. durch Entlüften von eingeschlossenen Gasen in die Atmosphäre durch einen Abgaskanal, wie beispielsweise den Abgaskanal 283, der in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist). Ferner werden die Einlassventile von Zylindern, die Kolben beinhalten, die sich in Richtung der UT-Position bewegen (z. B. Zylinder in der ersten Zylindergruppe), geöffnet, um die Zylinder mit einem oder mehreren Einlasskanälen des Verbrennungsmotors fluidisch zu koppeln (z. B. dem Einlasskanal 228, der in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist).
In Beispielen von Verbrennungsmotoren, die keine elektrisch oder pneumatisch betätigten Einlassventile und Auslassventile beinhalten (z. B. Verbrennungsmotoren, die mechanisch betätigte Ventile beinhalten, wie etwa Ventile, die durch Drehen von Nocken einer oder mehrerer Nockenwellen geöffnet und geschlossen werden), kann das Verfahren 414 nicht beinhalten. Stattdessen kann das Verfahren von 412 zu 416 übergehen.
Bei 416 beinhaltet das Verfahren das Auslösen einer Drehung der Kurbelwelle durch das Leiten von druckbeaufschlagter Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern, um Kolben, die in den Zylindern angeordnet sind, für eine Zeitdauer nur über die druckbeaufschlagte Ansaugluft anzutreiben. In einigen Beispielen erfolgt das Leiten von druckbeaufschlagter Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern, solange oder während dem elektrischen Turbolader bei 412 Energie zugeführt wird und/oder solange oder während das eine oder die mehreren Einlassventile und/oder Auslassventile bei 414 eingestellt werden. In einem Beispiel kann das Einstellen der Positionen des einen oder der mehreren Einlassventile und/oder Auslassventile erfolgen, bevor druckbeaufschlagte Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern geleitet wird. Beispielsweise kann der Druck der Ansaugluft an einer Ansaugabzweigung jedes Zylinders (z. B. den Ansaugabzweigungen 233, 235 und 237, die durch 2 gezeigt und vorstehend beschrieben sind) über den Schwellenwertdruck bei 412 erhöht werden. Bei 412 können sich jedoch ein oder mehrere Einlassventile der Zylinder (z. B. das erste Einlassventil 223, das zweite Einlassventil 225 und/oder das dritte Einlassventil 227) in einer vollständig geschlossenen Position befinden (z. B. Einlassventile, die mit Zylindern der zweiten Zylindergruppe gekoppelt sind). Zylinder, die Einlassventile beinhalten, die vollständig geschlossen sind, während dem Elektromotor bei 412 Energie zugeführt wird, können die druckbeaufschlagte Ansaugluft, die aus dem Verdichter strömt, nicht aufnehmen. In Bezug auf das Verfahren, das zum Beispiel bei 412 auf die Ansaugabzweigung 233, das erste Einlassventil 223 und die Einlassöffnung 232 angewendet wird, die den ersten Zylinder 202 fluidisch mit dem Ansaugkanal 228 koppeln, wie in 2 dargestellt und vorstehend beschrieben, kann sich das erste Einlassventil 223 bei 412 in der vollständig geschlossenen Position befinden. Infolgedessen kann bei 412 die Ansaugluft in der Ansaugabzweigung 233 über den Schwellenwertdruck mit Druck beaufschlagt werden, aber die druckbeaufschlagte Ansaugluft strömt nicht in den ersten Zylinder 202 (strömt z. B. nicht durch die Einlassöffnung 232 und um das erste Einlassventil 223).
Das Leiten von druckbeaufschlagter Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern bei 416 kann einen Druck der Ansaugluft in den Zylindern erhöhen, um die Kolben, die in den Zylindern angeordnet sind, anzutreiben. Insbesondere wird bei 416 kein(e) Kraftstoff/Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrannt, und die Kolben, die in den Zylindern angeordnet sind, werden nur von der druckbeaufschlagten Ansaugluft angetrieben, die in die Zylinder strömt.
In Bezug auf Verbrennungsmotoren, die elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten, kann druckbeaufschlagte Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe strömen (z. B. Zylinder, die Einlassventile in der vollständig geöffneten Position aufweisen), um Kolben anzutreiben, die in den Zylindern der ersten Zylindergruppe angeordnet sind, und die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu drehen (z. B. die Kolben, die in den Zylindern der ersten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung der unteren Totpunktposition anzutreiben). Durch Öffnen der Auslassventile der Zylinder der zweiten Zylindergruppe bei 414 kann eine Kraftmenge zum Antreiben der Kolben der ersten Zylindergruppe reduziert werden. Beispielsweise hält, wie vorstehend beschrieben, das Öffnen der Auslassventile der Zylinder der zweiten Zylindergruppe die Zylinder der zweiten Zylindergruppe bei einem atmosphärischen Druck (z. B. wenn Kolben, die in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung der oberen Totpunktposition angetrieben werden). Wenn druckbeaufschlagte Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe strömt, können die Kolben, die in den Zylindern der ersten Zylindergruppe angeordnet sind, von der druckbeaufschlagten Luft angetrieben werden, um die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ohne zusätzlichen Widerstand anzutreiben, der sich aus der Verdichtung der Luft in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe ergibt. Auf diese Weise können die Kolben durch eine reduzierte Menge an druckbeaufschlagter Luft und/oder einen reduzierten Druck der druckbeaufschlagten Luft angetrieben werden, was zu einer verkürzten Reaktionszeit des Verbrennungsmotors führt (z. B. einer verkürzten Zeitspanne, um die Drehung der Kurbelwelle auszulösen) und zu einer reduzierten Menge an elektrischer Energie, die aufgewendet wird, um dem Elektromotor des elektrischen Turboladers Energie zuzuführen (z. B. um den Ansaugluftdruck über den Schwellendruck zu erhöhen). In einigen Beispielen kann in Bezug auf Verbrennungsmotoren, die elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten, die wie vorstehend bei 414 beschrieben eingestellt sind, der bei 412 beschriebene Schwellenwertdruck reduziert werden. Beispielsweise kann der Schwellenwertdruck für solche Verbrennungsmotoren unter 2,36 atm liegen (z. B. 2 atm).
In Bezug auf Verbrennungsmotoren, die mechanisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten (z. B. Ventile, die durch Kontakt mit rotierenden Nocken einer oder mehrerer Nockenwellen betätigt werden), können die Positionen der Einlassventile und Auslassventile nicht bei 414 eingestellt werden. Infolgedessen strömt druckbeaufschlagte Ansaugluft, die bei 416 zu den Verbrennungsmotorzylindern strömt, in Zylinder, die Einlassventile aufweisen, die sich in einer teilweise geöffneten oder vollständig geöffneten Position befinden. In einem Beispiel können sich die Einlassventile infolge der Position (z. B. Grad der Drehung) der Kurbelwelle bei dem letzten Verbrennungsmotorabschaltereignis (z. B. in einem Beispiel einem Ereignis, bei dem der Verbrennungsmotor als Reaktion auf die Verbrennungsmotorschlüsselabschaltung vom Betrieb in den Nichtbetrieb überführt wird) in der teilweise geöffneten oder vollständig geöffneten Position befinden. In einigen Beispielen kann die Steuerung als Reaktion auf das Verbrennungsmotorabschaltereignis den Zündzeitpunkt (z. B. Zündfunkenzündungszeitpunkt und/oder Kraftstoffeinspritzzeitpunkt) während des Abschaltens des Motors anpassen, um die Kurbelwelle nach dem Abschalten des Motors bei einem bestimmten Drehungsgrad (z. B. 120 Grad relativ zum vorstehend beschriebenen Referenzpunkt) zu positionieren. Beispielsweise kann die Kurbelwelle derart in eine Position gedreht werden, dass sich einer oder mehrere der Kolben des Verbrennungsmotors am OT befinden, wobei sich die Einlassventile der entsprechenden Zylinder, die die Kolben beinhalten, in der vollständig geöffneten Position befinden, bevor das Verfahren 400 ausgeführt wird (z. B. vor der Verbrennungsmotorstartanforderung und als Reaktion auf ein Verbrennungsmotorabschaltereignis unmittelbar vor der Verbrennungsmotorstartanforderung, ohne dass ein anderes Verbrennungsmotorabschaltereignis oder eine Verbrennungsmotorstartanforderung dazwischen vorliegt). In dieser Auslegung kann, wenn bei 416 druckbeaufschlagte Ansaugluft zu den Zylindern strömt, die druckbeaufschlagte Luft in die Zylinder strömen, die Einlassventile in der vollständig geöffneten Position aufweisen, um die Kolben, die in den Zylindern angeordnet sind, leichter von der OT-Position in die UT-Position anzutreiben und die Kurbelwelle zu drehen.
Bei 416 kann druckbeaufschlagte Ansaugluft für eine Zeitdauer zu den Zylindern strömen, um die Kurbelwelle durch eine Anzahl vollständiger Umdrehungen, die größer als eine Schwellenwertanzahl ist, zu drehen und/oder die Kurbelwelle mit einer Drehzahl, die größer als eine Schwellenwertdrehzahl ist, zu drehen. Beispielsweise kann in Bezug auf Verbrennungsmotoren, die elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten, den Zylindern druckbeaufschlagte Luft zugeführt werden, wenn der Öffnungsgrad der Einlassventile und Auslassventile von der Steuerung eingestellt wird, um es dem den Druck der Ansaugluft zu ermögliche, die Kolben anzutreiben und über eine Drehung der Kurbelwelle ein Drehmoment zu erzeugen. In einem Beispiel kann die Schwellenwertanzahl der vollständigen Kurbelwellenumdrehungen zwei betragen, was 720 Grad Kurbeldrehung entspricht, derart dass die Zeitdauer mindestens 720 Grad Kurbelwellendrehung umfasst. In anderen Beispielen kann die Schwellenwertanzahl der vollständigen Kurbelwellenumdrehungen eine andere Anzahl sein (z. B. vier). In einem weiteren Beispiel kann die Schwellenwertdrehzahl der Kurbelwelle 75 Umdrehungen pro Minute betragen. Die Einlassventile und Auslassventile können während der gesamten Zeitdauer von der Steuerung geöffnet und geschlossen werden, um es den Kolben zu ermöglichen, von der druckbeaufschlagten Luft mit einer erhöhten Kraftmenge, die auf die Kurbelwelle aufgebracht wird, angetrieben zu werden. Unter Bedingungen, bei denen sich beispielsweise ein Kolben von der UT-Position in Richtung der OT-Position bewegt, kann das Auslassventil des Zylinders, der den Kolben beinhaltet, von der Steuerung geöffnet werden, um eine Menge der durch den Kolben verdichteten Gase zu reduzieren, wodurch es der druckbeaufschlagten Luft, die den Zylindern zugeführt wird, die offene Einlassventile aufweisen, ermöglicht wird, die Kolben und Kurbelwelle effizienter anzutreiben. Ein Beispiel für die Einstellung des Einlassventils und des Auslassventils über die in Bezug auf 416 beschriebene Zeitdauer ist in 6 veranschaulicht und nachstehend beschrieben.
In Bezug auf Verbrennungsmotoren, die mechanisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhalten, kann die druckbeaufschlagte Luft gemäß einer vorbestimmten Einlassventilöffnungsreihenfolge über die Zeitdauer in die Verbrennungsmotorzylinder strömen. Da beispielsweise die Einlassventile und Auslassventile über die Drehung von Nocken angetrieben werden, die mit einer oder mehreren drehbaren Nockenwellen gekoppelt sind, ist eine relative Einlassventilsteuerung (z. B. Einlassventilöffnungs- und - schließzeitpunkt) und ein Auslassventilsteuerung (z. B. Auslassventilöffnungs- und - schließzeitpunkt) entsprechend einer Form, Größe, relativen Position usw. der Nocken vorbestimmt. Daher können die Einlassventilsteuerung und Auslassventilsteuerung nicht über die Steuerung einstellbar sein. Daher können sich Einlassventile und Auslassventile von Verbrennungsmotoren, die keine elektrisch oder pneumatisch betätigten Ventile beinhalten, während der in Bezug auf 416 beschriebenen Zeitdauer (z. B. während druckbeaufschlagte Ansaugluft zu den Zylindern strömt, um die Kurbelwelle durch die Schwellenwertanzahl von Umdrehungen zu drehen und/oder die Kurbelwelle über der Schwellenwertdrehzahl zu drehen) gemäß der vorbestimmten Ventilsteuerung öffnen und schließen (wie in 5 dargestellt und unten beschrieben). Die vorbestimmte Ventilsteuerung kann im nichtflüchtigen Speicher der Steuerung gespeichert werden.
Das Verfahren geht von 416 zu 418 über, wo das Verfahren das Auslösen der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in Verbrennungsmotorzylindern beinhaltet. In einem Beispiel kann die Steuerung Signale (z. B. elektrische Signale) an eine oder mehrere Zündkerzen übertragen, die in den Zylindern des Verbrennungsmotors angeordnet sind, um die Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern auszulösen. Kraftstoff kann über eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (z. B. die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166, die in 1 gezeigt ist, die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 271, 273 und/oder 275, die in 2 gezeigt sind usw.) in die Verbrennungsmotorzylinder eingespritzt werden. Die Steuerung kann bei 418 die Verbrennung in Verbrennungsmotorzylindern auf Grundlage der Positionen der Kolben, die in den Zylindern angeordnet sind, auslösen. In einem Beispiel kann die Steuerung die Positionen der Kolben auf Grundlage von Signalen schätzen und/oder messen, die von dem einem oder mehreren Kurbelwellenpositionssensoren (z. B. dem Hall-Effekt-Sensor 120, der vorstehend beschrieben ist) an die Steuerung übertragen werden, und die Steuerung kann den Zündfunken und/oder die Kraftstoffeinspritzung in bestimmte Zylinder des Verbrennungsmotors auf Grundlage der geschätzten und/oder gemessenen Kolbenpositionen auslösen. Beispielsweise kann die Steuerung einen Takt jedes Kolbens auf Grundlage der gemessenen und/oder geschätzten Kolbenpositionen und dem Öffnungsgrad der Einlassventile und Auslassventile jedes Zylinders bestimmen, und die Steuerung kann Kraftstoff einspritzen und/oder einen Zündfunken in Verbrennungsmotorzylindern auslösen, die einem Verdichtungstakt unterliegen (z. B. wie vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben). Bei 418 überführt die Steuerung den Verbrennungsmotor aus dem Modus (der in dieser Schrift als Startmodus oder Übergangsmodus bezeichnet werden kann), in dem die Kolben nur durch die druckbeaufschlagte Ansaugluft angetrieben werden (und bei dem kein Kraftstoff und keine Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrannt werden) in einen Betriebsmodus, bei dem Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrannt werden.
In einem Beispiel des in 4 gezeigten und in dieser Schrift beschriebenen Verfahrens 400 kann sich der Verbrennungsmotor in einem Nichtbetriebszustand befinden, in dem kein Kraftstoff und keine Luft in den Verbrennungsmotorzylindern verbrannt werden und die Kolben nicht von druckbeaufschlagter Luft angetrieben werden. Ein Bediener des Verbrennungsmotors (z. B. ein Fahrer eines Fahrzeugs, das den Verbrennungsmotor beinhaltet) kann ein Schlüssel-Einschaltereignis einleiten, um der Steuerung anzuzeigen, dass ein Verbrennungsmotorstart angefordert wird. Während der Verbrennungsmotorstartanforderung kann die Steuerung die Kolbenposition für jeden Zylinder bestimmen, wie bei 410 beschreiben, und sie kann dem elektrischen Turbolader Energie zuführen, um den Ansaugluftdruck über den Schwellenwertdruck zu erhöhen, wie bei 412 beschrieben. Der Verbrennungsmotor kann Einlassventile und Auslassventile beinhalten, die elektrisch oder pneumatisch betätigt werden und die Steuerung kann die Positionen der Einlassventile und Auslassventile bei 414 einstellen, um eine Kraftmenge (z. B. Druck von druckbeaufschlagter Ansaugluft) zu reduzieren, um die Kolben des Verbrennungsmotors während der Verbrennungsmotorstartanforderung mit der druckbeaufschlagten Ansaugluft anzutreiben. Die druckbeaufschlagte Ansaugluft strömt während der Verbrennungsmotorstartanforderung bei 416 in die Zylinder und beaufschlagt einen oder mehrere der Zylinder mit Druck, um die Kolben anzutreiben, die darin angeordnet sind, und die Kurbelwelle ohne Verbrennung von Kraftstoff und Luft zu drehen. Nachdem sich die Kurbelwelle um die Schwellenwertanzahl an Umdrehungen gedreht und/oder die Schwellenwertdrehzahl überschritten hat, löst die Steuerung eine Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern aus, um ein erhöhtes Drehmoment über die Kurbelwelle zu erzeugen (z. B. um den Verbrennungsmotor in einem Betriebsmodus zu betreiben, bei dem Kraftstoff und Luft in den Motorzylindern gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors verbrannt werden, wobei der vorbestimmte Zündzeitpunkt im nichtflüchtigen Speicher der Steuerung gespeichert ist).
In einigen Beispielen geht das Verfahren optional von 418 zu 420 über, wobei das Verfahren das Reduzieren der Verbrennungsmotordrehzahl über eine oder mehrere Drehzahlreduzierungsroutinen beinhaltet. Durch die Zufuhr von verdichteter Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern, um die Kolben und die Kurbelwelle für die Zeitdauer vor der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern anzutreiben, kann der Verbrennungsmotor beispielsweise bei Auslösung der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern bei 418 mit einem relativ hohen Aufladegrad betrieben werden. Um eine Menge an Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor bei der anfänglichen Verbrennung von Kraftstoff und Luft abgegeben wird, zu reduzieren, kann die Steuerung verschiedene Verbrennungsmotorparameter über eine oder mehrere Drehzahlreduzierungsroutinen, die im nichtflüchtigen Speicher der Steuerung gespeichert sind, einstellen, um eine Größe einer Verbrennungsmotordrehzahlerhöhung zu verringern, die durch die relativ hohen Aufladegrade bereitgestellt wird. In einem Beispiel kann die Steuerung ein Signal (z. B. ein elektrisches Signal) an ein Umgehungsventil (z. B. Umgehungsventil 226, das in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist) übertragen, um einen Öffnungsgrad des Umgehungsventils (z. B. des Umgehungsventils des elektrischen Turboladers) zu erhöhen und eine Menge an verdichteter Luft zu reduzieren, die zum Verbrennungsmotor strömt. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung für Verbrennungsmotoren, die Einlassventile und Auslassventile beinhalten, die elektrisch oder pneumatisch betätigt werden, eine Öffnungszeit eines oder mehrerer der Einlassventile und/oder Auslassventile einstellen, um eine Drehmomentausgabe des Verbrennungsmotors vorübergehend zu reduzieren. In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung einen Zündzeitpunkt eines oder mehrerer Zylinder einstellen, um den Arbeitsaufwand (z. B. Verbrennungsmotordrehmoment) zu reduzieren, der sich aus dem verbrannten Kraftstoff und der Luft in dem einen oder den mehreren Zylindern ergibt. Andere Beispiele sind möglich.
In einigen Beispielen erfolgt das Bestimmen der Kolbenposition für jeden Zylinder solange oder während dem elektrischen Turbolader Energie zugeführt wird (z. B. dem Elektromotor des elektrischen Turboladers Energie zugeführt wird), um den Ansaugluftdruck über den Schwellenwertdruck zu erhöhen, und das Zuführen von Energie zu dem elektrischen Turbolader erfolgt, während das Bestimmen der Kolbenposition nicht vorhanden ist und/oder solange oder während die Positionen des einen oder der mehrerer Einlassventile und/oder Auslassventile eingestellt werden. Ferner können im Speicher der Steuerung gespeicherte Anweisungen das Bestimmen, ob ein Verbrennungsmotorstart angefordert wird, und als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung das Erhöhen des Ansaugluftdrucks über den Schwellenwertdruck durch Anweisungen zum Senden eines Signals (z. B. eines elektrischen Signals) an einen Aktor des Elektromotors des elektrischen Turboladers, das Einstellen der Positionen des einen oder der mehreren Einlassventile und/oder Auslassventile durch Anweisungen zum Senden eines Signals an Aktoren des einen oder der mehreren Einlassventile und/oder Auslassventile und/oder das Strömen von druckbeaufschlagter Ansaugluft zu Verbrennungsmotorzylindern durch Anweisungen zum Senden eines Signals an Aktoren eines oder mehrerer Ventile (z. B. der Drossel oder des Umgehungsventils), um die Positionen der Ventile einzustellen. Ferner können die im Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen das Bestimmen, ob ein Verbrennungsmotorstart nicht angefordert wird, und als Reaktion darauf das Aufrechterhalten der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen wie vorstehend beschrieben beinhalten. In einigen Beispielen kann das Verfahren das Bestimmen beinhalten, ob eines oder mehrere von jeweils dem Erhöhen des Ansaugluftdrucks, dem Einstellen der Positionen des einen oder der mehreren Ventile und/oder dem Strömen von druckbeaufschlagter Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern, auf Grundlage einer Bestimmung, ob der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, und einer Bestimmung, ob ein Verbrennungsmotorstart angefordert ist (z. B. vorliegt) durchgeführt werden sollen.
Nunmehr ist in Bezug auf 5 ein Diagramm 500 gezeigt, das Verbrennungsmotorparameter wie Kolbenposition, Einlassventilhübe (z. B. Einlassventilöffnungsgrade), Auslassventilhübe (z. B. Auslassventilöffnungsgrade usw. veranschaulicht. In einem Beispiel kann es sich bei den in 5 gezeigten Verbrennungsmotorparametern um Parameter des Verbrennungsmotors 295, der in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, oder des Verbrennungsmotors 10, der in 1 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, handeln. Die Verbrennungsmotorparameter, die in 5 gezeigt sind, entsprechen einem Verbrennungsmotor, der keine elektrisch oder pneumatisch betätigten Einlassventile und Auslassventile beinhaltet. Zum Beispiel können die Einlassventile und Auslassventile des Verbrennungsmotors mechanisch betätigt (z. B. durch Nocken angetrieben) werden, wie vorstehend beschrieben.
5 zeigt die Zufuhr von Energie zu dem elektrischen Turbolader bei Verlauf 506 (z. B. Zufuhr von Energie zum Elektromotor 175 oder Elektromotor 293) und die Turboladerdrehzahl bei Verlauf 508 (z. B. Drehzahl von Turbolader 159 oder Turbolader 285). 5 zeigt zusätzlich den Zündfunkenzündungszeitpunkt (z. B. den Zündzeitpunkt) für jeden Zylinder, einschließlich des Zündfunkenzündungszeitpunkts eines ersten Zylinders bei Verlauf 510 (z.B. Zündfunkenzündungszeitpunkt der ersten Zündkerze 277 des ersten Zylinders 202), des Zündfunkenzündungszeitpunkts eines zweiten Zylinders bei Verlauf 512 (z. B. Zündfunkenzündungszeitpunkt der zweiten Zündkerze 279 des zweiten Zylinders 208) und des Zündfunkenzündungszeitpunkts eines dritten Zylinders bei Verlauf 514 (z.B. Zündfunkenzündungszeitpunkt der dritten Zündkerze 281 des dritten Zylinders 214). Die Kraftstoffeinspritzraten für die Zylinder sind beinhaltet, wobei die Kraftstoffeinspritzrate am ersten Zylinder bei Verlauf 516 gezeigt ist (z.B. die Kraftstoffeinspritzrate der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 277), die Kraftstoffeinspritzrate am zweiten Zylinder bei Verlauf 518 gezeigt ist (z.B. die Kraftstoffeinspritzrate der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 279) und die Kraftstoffeinspritzrate am dritten Zylinder bei Verlauf 520 gezeigt ist (z. B. die Kraftstoffeinspritzrate für die dritte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 281). Der Zylinderdruck in dem ersten Zylinder ist bei Verlauf 522 gezeigt (z. B. Zylindergasdruck), der Zylinderdruck in dem zweiten Zylinder ist bei Verlauf 524 gezeigt, der Zylinderdruck in dem dritten Zylinder ist bei Verlauf 526 gezeigt.
Der atmosphärische Druck ist bei 546 angegeben und ein erster Schwellenwertdruck (z. B. der vorstehend bei 412 beschriebene Schwellenwertdruck) ist bei 548 angezeigt. Die Kolbenposition in dem ersten Zylinder ist bei Verlauf 528 gezeigt, die Kolbenposition in dem zweiten Zylinder ist bei Verlauf 530 gezeigt und die Kolbenposition in dem dritten Zylinder ist bei Verlauf 532 gezeigt. Der Einlassventilhub eines Einlassventils, das mit dem ersten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 534 (z. B. eines ersten Einlassventils 223) gezeigt, der Einlassventilhub eines Einlassventils, das mit dem zweiten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 536 (z. B. eines zweiten Einlassventils 225) gezeigt, und der Einlassventilhub eines Einlassventils, das mit dem dritten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 538 (z. B. eines dritten Einlassventils 227) gezeigt. Der Auslassventilhub eines Auslassventils, das mit dem ersten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 540 (z.B. eines ersten Auslassventils 217) gezeigt, der Auslassventilhub eines Auslassventils, das mit dem zweiten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 542 (z.B. eines zweiten Auslassventils 219) gezeigt, und der Auslassventilhub eines Auslassventils, das mit dem dritten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 544 (z. B. eines dritten Auslassventils 221) gezeigt.
Zum Zeitpunkt t0 ist der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb (z. B. wird in den Verbrennungsmotorzylindern kein Kraftstoff und keine Luft verbrannt und der Verbrennungsmotor erzeugt kein Drehmoment). Zum Zeitpunkt t1 wird dem elektrischen Turbolader als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung (z. B. wie vorstehend in Bezug auf 408 beschrieben) Energie zugeführt, wie durch Verlauf 506 gezeigt und wie vorstehend in Bezug auf 412 beschrieben. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 wird die Drehzahl des elektrischen Turboladers wie durch Verlauf 508 gezeigt erhöht.
Die erhöhte Drehzahl des Turboladers entspricht einem Drehen des Verdichters des elektrischen Turboladers (z. B. über den Elektromotor des elektrischen Turboladers), um den Druck der Ansaugluft im Ansaugsystem zu erhöhen. In einem Beispiel kann zum Zeitpunkt t2 die Drossel des Verbrennungsmotors in die vollständig geöffnete Position bewegt werden (z. B. wie vorstehend beschrieben), damit die druckbeaufschlagte Ansaugluft zu den Verbrennungsmotorzylindern strömt. Da sich das Einlassventil des ersten Zylinders zum Zeitpunkt t2 in einer geöffneten Position befindet (z. B. wie in Verlauf 534 angegeben), strömt die druckbeaufschlagte Ansaugluft in den ersten Zylinder (z. B. wie vorstehend in Bezug auf 416 beschrieben) und beginnt, den Kolben, der im ersten Zylinder angeordnet ist, anzutreiben (z. B. wie in Verlauf 528 gezeigt). Wenn der Kolben des ersten Zylinders von der druckbeaufschlagten Ansaugluft angetrieben wird, wird die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors durch die Bewegung des Kolbens gedreht und bewegt dadurch jeden Kolben relativ zu jedem anderen Kolben. In einigen Beispielen kann sich eine Öffnungszeit jedes Einlassventils mit einer Öffnungszeit eines oder mehrerer anderer Einlassventile überschneiden. Beispielsweise kann der Einlassventilhub des Einlassventils des ersten Zylinders, der durch den Verlauf 534 angezeigt wird, leicht mit dem Einlassventilhub des Einlassventils des zweiten Zylinders, der durch den Verlauf 536 angezeigt wird, und/oder dem Einlassventilhub des Einlassventils des dritten Zylinders, der durch den Verlauf 538 angezeigt wird, überlappen.
Zwischen den Zeitpunkten t2 und t4, wenn der Kolben, der im ersten Zylinder angeordnet ist, aufgrund des Stroms von druckbeaufschlagter Ansaugluft über das offene Einlassventil des ersten Zylinders in den ersten Zylinder wie durch Verlauf 528 angezeigt in Richtung der UT-Position angetrieben wird (gekennzeichnet durch den Verlauf 534), wird der Kolben, der im dritten Zylinder angeordnet ist, durch die Drehung der Kurbelwelle von der UT-Position in Richtung der OT-Position angetrieben (z. B. durch das Antreiben des Kolbens, der im ersten Zylinder angeordnet ist, durch die druckbeaufschlagte Luft). Das Einlassventil des dritten Zylinders wird dann aus der vollständig geschlossenen Position in die vollständig geöffnete Position bewegt, wie durch Verlauf 538 angegeben, und die druckbeaufschlagte Ansaugluft strömt in den dritten Zylinder, um den Kolben, der in dem dritten Zylinder angeordnet ist, aus der OT-Position in Richtung der UT-Position anzutreiben, um die Kurbelwelle weiter zu drehen. Auf ähnliche Weise wird, wenn der Kolben, der im dritten Zylinder angeordnet ist, durch die druckbeaufschlagte Ansaugluft in Richtung der UT-Position angetrieben wird, der Kolben, der im zweiten Zylinder angeordnet ist, durch die Drehung der Kurbelwelle von der UT-Position in Richtung der OT-Position bewegt (z. B. über das Antreiben des Kolbens, der im dritten Zylinder angeordnet ist, durch die druckbeaufschlagte Luft). Das Einlassventil des zweiten Zylinders wird dann aus der vollständig geschlossenen Position in die vollständig geöffnete Position bewegt, wie durch Verlauf 536 angegeben, und die druckbeaufschlagte Ansaugluft strömt in den zweiten Zylinder, um den Kolben, der in dem zweiten Zylinder angeordnet ist, aus der OT-Position in Richtung der UT-Position anzutreiben, um die Kurbelwelle weiter zu drehen.
Zum Zeitpunkt t3 während der Öffnung des Einlassventils des zweiten Zylinders wird Kraftstoff in den zweiten Zylinder eingespritzt, wie durch Verlauf 518 angegeben. Die Kurbelwelle fährt fort, sich zu drehen und bei Zeitpunkt t5 wird der Zündfunken in dem zweiten Zylinder ausgelöst, wie durch den Verlauf 512 angegeben. Nach dem Zeitpunkt t5 wird die Kurbelwelle durch verbrannte(n) Kraftstoff und Luft gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors, der in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuerung gespeichert ist (wie etwa z. B. dem Zündzeitpunkt, der vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben ist), angetrieben.
Nunmehr ist in Bezug auf 6 ein Diagramm 600 gezeigt, das Verbrennungsmotorparameter wie Kolbenposition, Einlassventilhübe (z. B. Einlassventilöffnungsgrade), Auslassventilhübe (z. B. Auslassventilöffnungsgrade usw. veranschaulicht. In einem Beispiel kann es sich bei den in 6 gezeigten Verbrennungsmotorparametern um Parameter des Verbrennungsmotors 295, der in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, oder des Verbrennungsmotors 10, der in 1 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, handeln. Die Verbrennungsmotorparameter, die in 6 gezeigt sind, entsprechen einem Verbrennungsmotor, der elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhaltet. Zum Beispiel können die Einlassventile und Auslassventile als Reaktion auf Steuersignale, die von der Steuerung an Aktoren der Ventile übermittelt werden, geöffnet und geschlossen werden, wie vorstehend beschrieben.
6 zeigt die Zufuhr von Energie zu dem elektrischen Turbolader bei Verlauf 606 (z. B. Zufuhr von Energie zum Elektromotor 175 oder Elektromotor 293) und die Turboladerdrehzahl bei Verlauf 608 (z. B. Drehzahl von Turbolader 159 oder Turbolader 285). 6 zeigt zusätzlich den Zündfunkenzündungszeitpunkt (z. B. den Zündzeitpunkt) für jeden Zylinder, einschließlich des Zündfunkenzündungszeitpunkts eines ersten Zylinders bei Verlauf 610 (z.B. Zündfunkenzündungszeitpunkt der ersten Zündkerze 277 des ersten Zylinders 202), des Zündfunkenzündungszeitpunkts eines zweiten Zylinders bei Verlauf 612 (z. B. Zündfunkenzündungszeitpunkt der zweiten Zündkerze 279 des zweiten Zylinders 208) und des Zündfunkenzündungszeitpunkts eines dritten Zylinders bei Verlauf 614 (z. B. Zündfunkenzündungszeitpunkt der dritten Zündkerze 281 des dritten Zylinders 214). Die Kraftstoffeinspritzraten für die Zylinder sind beinhaltet, wobei die Kraftstoffeinspritzrate am ersten Zylinder bei Verlauf 616 gezeigt ist (z. B. die Kraftstoffeinspritzrate der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 277), die Kraftstoffeinspritzrate am zweiten Zylinder bei Verlauf 618 gezeigt ist (z.B. die Kraftstoffeinspritzrate der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 279) und die Kraftstoffeinspritzrate am dritten Zylinder bei Verlauf 620 gezeigt ist (z. B. die Kraftstoffeinspritzrate für die dritte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 281). Der Zylinderdruck in dem ersten Zylinder ist bei Verlauf 622 gezeigt (z. B. Zylindergasdruck), der Zylinderdruck in dem zweiten Zylinder ist bei Verlauf 624 gezeigt, der Zylinderdruck in dem dritten Zylinder ist bei Verlauf 626 gezeigt. Der atmosphärische Druck ist bei 646 angegeben und ein erster Schwellenwertdruck (z. B. der vorstehend bei 412 beschriebene Schwellenwertdruck) ist bei 648 angezeigt. Die Kolbenposition in dem ersten Zylinder ist bei Verlauf 628 gezeigt, die Kolbenposition in dem zweiten Zylinder ist bei Verlauf 630 gezeigt und die Kolbenposition in dem dritten Zylinder ist bei Verlauf 632 gezeigt. Der Einlassventilhub eines Einlassventils, das mit dem ersten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 634 (z. B. eines ersten Einlassventils 223) gezeigt, der Einlassventilhub eines Einlassventils, das mit dem zweiten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 636 (z. B. eines zweiten Einlassventils 225) gezeigt, und der Einlassventilhub eines Einlassventils, das mit dem dritten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 638 (z. B. eines dritten Einlassventils 227) gezeigt. Der Auslassventilhub eines Auslassventils, das mit dem ersten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 640 (z.B. eines ersten Auslassventils 217) gezeigt, der Auslassventilhub eines Auslassventils, das mit dem zweiten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 642 (z.B. eines zweiten Auslassventils 219) gezeigt, und der Auslassventilhub eines Auslassventils, das mit dem dritten Zylinder gekoppelt ist, ist bei Verlauf 644 (z. B. eines dritten Auslassventils 221) gezeigt.
Zum Zeitpunkt t0 ist der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb (z. B. wird in den Verbrennungsmotorzylindern kein Kraftstoff und keine Luft verbrannt und der Verbrennungsmotor erzeugt kein Drehmoment). Zum Zeitpunkt t1 wird dem elektrischen Turbolader als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung (z. B. wie vorstehend in Bezug auf 408 beschrieben) Energie zugeführt, wie durch Verlauf 606 gezeigt und wie vorstehend in Bezug auf 412 beschrieben. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 wird die Drehzahl des elektrischen Turboladers wie durch Verlauf 608 gezeigt erhöht. Da der Verbrennungsmotor elektrisch oder pneumatisch betätigte Einlassventile und Auslassventile beinhaltet, überträgt die Steuerung zusätzlich zum Zeitpunkt t1 Signale (z. B. elektrische Signale) an Aktoren der Auslassventile des zweiten Zylinders und des dritten Zylinders (gekennzeichnet durch die Diagramme 642 beziehungsweise 644), um die Auslassventile des zweiten Zylinders und des dritten Zylinders in die vollständig geöffnete Position zu bewegen. Wenn sich die Auslassventile in der vollständig geöffneten Position befinden, können Drücke innerhalb des zweiten Zylinders und des dritten Zylinders derart auf den atmosphärischen Druck (wie vorstehend in Bezug auf 414 in 4 beschrieben) reduziert werden, dass der Kolben, der im ersten Zylinder angeordnet ist, mit einer reduzierten Kraftmenge angetrieben werden kann.
Die erhöhte Drehzahl des Turboladers entspricht einem Drehen des Verdichters des elektrischen Turboladers (z. B. über den Elektromotor des elektrischen Turboladers), um den Druck der Ansaugluft im Ansaugsystem zu erhöhen. In einem Beispiel wird zum Zeitpunkt t2 das Einlassventil des ersten Zylinders in die vollständig geöffnete Position bewegt (z. B. wie durch Verlauf 634 beschrieben), um die druckbeaufschlagte Ansaugluft in den ersten Zylinder zu leiten. Die druckbeaufschlagte Ansaugluft strömt in den ersten Zylinder (z. B. wie vorstehend in Bezug auf 416 beschrieben) und beginnt, den Kolben, der im ersten Zylinder angeordnet ist, anzutreiben (z. B. wie in Verlauf 628 gezeigt). Wenn der Kolben des ersten Zylinders von der druckbeaufschlagten Ansaugluft angetrieben wird, wird die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors durch die Bewegung des Kolbens gedreht und bewegt dadurch jeden Kolben relativ zu jedem anderen Kolben. In einigen Beispielen kann sich eine Öffnungszeit jedes Einlassventils mit einer Öffnungszeit eines oder mehrerer anderer Einlassventile überschneiden. Beispielsweise kann der Einlassventilhub des Einlassventils des ersten Zylinders, der durch den Verlauf 634 angezeigt wird, leicht mit dem Einlassventilhub des Einlassventils des zweiten Zylinders, der durch den Verlauf 636 angezeigt wird, und/oder dem Einlassventilhub des Einlassventils des dritten Zylinders, der durch den Verlauf 638 angezeigt wird, überlappen.
Zwischen den Zeitpunkten t2 und t4, wenn jeder Kolben von der OT-Position in Richtung UT-Position angetrieben wird, wird das dem Zylinder jeder Position zugeordnete Einlassventil in die vollständig geöffnete Position bewegt, um zu ermöglichen, dass druckbeaufschlagte Einlassluft in die Zylinder strömt. Zum Beispiel wird zum Zeitpunkt t2 das Einlassventil des ersten Zylinders in die vollständig geöffnete Position bewegt, wie durch Verlauf 634 beschrieben, um zu ermöglichen, dass Ansaugluft in den ersten Zylinder strömt, um den ersten Kolben anzutreiben (und die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu drehen). Die Drehung der Kurbelwelle führt dazu, dass sich der zweite Kolben in Richtung der OT-Position bewegt, wie in Verlauf 630 angegeben, und wenn sich der zweite Kolben aus der OT-Position in Richtung der UT-Position bewegt, wird das Einlassventil des zweiten Zylinders vollständig geöffnet (wie in Verlauf 636 angegeben), um zu ermöglichen, dass druckbeaufschlagte Ansaugluft in den zweiten Zylinder strömt, um den zweiten Kolben anzutreiben. Auf ähnliche Weise bewegt die Drehung der Kurbelwelle nach der Bewegung des zweiten Kolbens vom OT den dritten Kolben zum OT, und das Einlassventil des dritten Zylinders wird geöffnet, um es der druckbeaufschlagten Ansaugluft zu ermöglichen, den dritten Kolben vom OT zum UT anzutreiben.
Wenn sich zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 jeder Kolben vom UT zum OT bewegt, werden die Auslassventile, die mit jedem entsprechenden Zylinder gekoppelt sind, geöffnet, um ein leichteres Drehen der Kurbelwelle zu ermöglichen. Wenn zum Beispiel der erste Kolben vom UT zum OT angetrieben wird, wird das Auslassventil des ersten Zylinders, der den ersten Kolben beinhaltet, vollständig geöffnet, um eine Druckmenge (z. B. einen Gasdruck) in dem ersten Zylinder zu reduzieren, sodass der erste Kolben einfacher in Richtung des OT bewegt werden kann (z. B. ohne Gase in dem ersten Zylinder zu verdichten). Die Auslassventile jedes anderen Zylinders werden auf ähnliche Weise betrieben.
In dieser Anordnung ermöglicht die Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile durch die Steuerung die schnelle Beschleunigung der Drehung der Kurbelwelle durch das Antreiben der Kolben über die druckbeaufschlagte Ansaugluft.
Zum Zeitpunkt t3 während das Einlassventil des zweiten Zylinders sich in der vollständig geöffneten Position befindet, wird Kraftstoff in den zweiten Zylinder eingespritzt, wie durch Verlauf 618 angegeben. Die Kurbelwelle fährt fort, sich zu drehen und bei Zeitpunkt t5 wird der Zündfunken in dem zweiten Zylinder ausgelöst, wie durch den Verlauf 612 angegeben. Nach dem Zeitpunkt t5 wird die Kurbelwelle durch verbrannte(n) Kraftstoff und Luft gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors (wie etwa z. B. dem Zündzeitpunkt, der vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben ist) angetrieben.
In den vorstehend beschriebenen Anordnungen treibt druckbeaufschlagte Luft von dem Verdichter des elektrischen Turboladers die Kolben des Verbrennungsmotors als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung an, um vor der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern die Kurbelwelle zu drehen. Durch das Antreiben der Kolben nur über die druckbeaufschlagte Luft, kann der Verbrennungsmotor ohne zusätzliche Komponenten, wie etwa einen dezidierten Anlasser, gestartet werden. Zusätzlich kann der elektrische Turbolader eine Turbine beinhalten, die während des normalen Betriebs des Verbrennungsmotors (z. B. unter Bedingungen, bei denen der Verbrennungsmotor durch die Verbrennung von Kraftstoff und Luft angetrieben wird) von Abgasen angetrieben wird. Durch das Verringern der Menge an Komponenten zum Starten des Verbrennungsmotors (z. B. durch Starten des Verbrennungsmotors über den elektrischen Turbolader und ohne einen separaten Anlasser) können die Kosten und/oder Wartungszeit des Verbrennungsmotors reduziert werden.
Auf diese Weise kann durch das Starten des Verbrennungsmotors über den elektrischen Turbolader gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren der Verbrennungsmotor ohne einen Anlasser (z. B. einen separaten Elektromotor, der ausgelegt ist, die Kurbelwelle während des Verbrennungsmotorstartvorgangs über eine mechanische Kopplung, wie etwa einen Riemen, die zwischen dem Anlasser und der Kurbelwelle positioniert ist, anzudrehen oder zu drehen) gestartet werden. Durch das Starten des Verbrennungsmotors über den elektrischen Turbolader kann der Verbrennungsmotor ohne einen Anlasser ausgelegt sein, wodurch ein Gewischt und Kosten des Verbrennungsmotors reduziert werden. Ferner kann das Drehen des Verdichters des elektrischen Turboladers während des Verbrennungsmotorstartvorgangs eine schnellere Reaktionszeit für die Zufuhr einer Ladung (z. B. verdichteter Luft) zu dem Verbrennungsmotor nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors ermöglichen. Folglich können sich die Leistung und Effizienz des Verbrennungsmotors erhöhen.
Die technische Wirkung des Leitens von verdichteter Ansaugluft zu Verbrennungsmotorzylindern während einer Verbrennungsmotorstartanforderung besteht darin Kolben des Verbrennungsmotors anzutreiben, um vor der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsmotorzylindern eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu drehen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor: das Antreiben einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors während einer Verbrennungsmotorstartanforderung ohne Verbrennung nur durch das Leiten von verdichteter Luft aus einem elektrisch angetriebenen Luftverdichter zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen eines Anlassers, der mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. In einem ersten Beispiel des Verfahrens ist der elektrisch angetriebene Luftverdichter Teil eines elektrischen Turboladers und das Leiten verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader beinhaltet das Zuführen von Energie zu einem Elektromotor des elektrischen Turboladers als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung, um den Luftverdichter des elektrischen Turboladers zu drehen. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der elektrisch angetriebene Luftverdichter Teil eines elektrischen Turboladers ist und das Leiten verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader beinhaltet das Erhöhen eines Drucks der verdichteten Luft über einen Schwellenwertdruck durch das Drehen des Luftverdichters des elektrischen Turboladers. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Schwellenwertdruck größer als 2 atm ist. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Druck der verdichteten Luft erst über den Schwellenwertdruck in einem Ansaugkanal stromaufwärts von einer Drossel des Verbrennungsmotors erhöht wird; dann dass die Drossel geöffnet wird, um die verdichtete Luft zu den Zylindern zu leiten. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Druck der verdichteten Luft erst an einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors über den Schwellenwertdruck erhöht wird; dann das Einstellen eines Einlassventils der Zylinder von einer vollständig geschlossenen Position in eine geöffnete Position, um die verdichtete Luft zu den Zylindern zu leiten. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes von dem ersten bis fünften Beispiel und beinhaltet ferner das Bestimmen einer Position jedes Kolbens, der in jedem Zylinder der Zylinder angeordnet ist, und das Einstellen des Einlassventils auf Grundlage der bestimmten Position jedes Kolbens. Ein siebentes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes von dem ersten bis sechsten Beispiel und beinhaltet ferner: nach einer Zeitdauer des Antreibens der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ohne Verbrennung, nur durch Leiten von verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen des Anlassers, das Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder und das Verbrennen des Kraftstoffs und der verdichteten Luft in den Zylindern. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Zeitdauer darauf basiert, dass eine Drehzahl der Kurbelwelle eine Schwellenwertdrehzahl übersteigt. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis achten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Zeitdauer darauf basiert, dass eine Anzahl vollständiger Umdrehungen der Kurbelwelle eine Schwellenwertanzahl vollständiger Umdrehungen nach der Verbrennungsmotorstartanforderung übersteigt. Ein zehntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes von dem ersten bis neunten Beispiel und beinhaltet ferner: dass während der gesamten Zeitdauer des Antreibens der Kurbelwelle nur durch Leiten von verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader zu den Zylindern des Verbrennungsmotors kein(e) Kraftstoff und Luft in den Zylindern verbrannt werden. Ein elftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis zehnten Beispiels und beinhaltet ferner das Reduzieren der Verbrennungsmotordrehzahl nach der Zeitdauer über eine Drehzahlreduzierungsroutine, die in einem nichtflüchtigen Speicher einer elektronischen Steuerung des Verbrennungsmotors gespeichert ist. Ein zwölftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis elften Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Drehzahlreduzierungsroutine eines von dem Erhöhen eines Öffnungsgrads eines Umgehungsventils eines elektrischen Turboladers, das parallel mit dem Luftverdichter gekoppelt ist, dem Einstellen einer Öffnungszeit eines Einlassventils und/oder Auslassventils der Zylinder oder dem Einstellen eines Zündzeitpunkts der Zylinder beinhaltet.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor Folgendes: als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung das Leiten von verdichteter Ansaugluft zu Verbrennungsmotorzylindern von einem Verdichter eines elektrischen Turboladers und das Antreiben von Kolben, die in den Verbrennungsmotorzylindern angeordnet sind, nur über die verdichtete Ansaugluft für eine Zeitdauer, wobei ein Öffnungsgrad von Einlassventilen und Auslassventilen, die mit den Verbrennungsmotorzylindern gekoppelt sind, während der Zeitdauer über Nocken von Nockenwellen eingestellt wird; und das Überführen vom Antreiben der Kolben nur über die verdichtete Ansaugluft zum Antreiben der Kolben über die Verbrennung von Kraftstoff und Luft durch das Auslösen der Verbrennung in den Verbrennungsmotorzylindern nach der Zeitdauer. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner vor der Verbrennungsmotorstartanforderung und als Reaktion auf ein Verbrennungsmotorabschaltereignis unmittelbar vor der Verbrennungsmotorstartanforderung, ohne dass ein anderes Verbrennungsmotorabschaltereignis oder eine Verbrennungsmotorstartanforderung dazwischen vorliegt, das Einstellen des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors, um einen ersten Kolben beim Abschalten des Verbrennungsmotors in einer Position des oberen Totpunkts zu positionieren, wobei sich ein erstes Einlassventil, das mit einem ersten Zylinder gekoppelt ist, der den ersten Kolben beinhaltet, in einer vollständig geöffneten Position befindet. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass sich die Zeitdauer mindestens über 720 Grad Kurbelwellendrehung erstreckt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor: als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung: das Leiten verdichteter Luft in Zylinder einer ersten Zylindergruppe, um eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors nur über die verdichtete Luft anzutreiben, wobei die Zylinder der ersten Zylindergruppe eine erste Vielzahl von Einlassventilen und eine erste Vielzahl von Auslassventilen beinhalten, wobei sich jedes Einlassventil der ersten Vielzahl von Einlassventilen in einer geöffneten Position befindet und wobei sich jedes Auslassventil der ersten Vielzahl von Auslassventilen in einer vollständig geschlossenen Position befindet; und während verdichtete Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe geleitet wird, um die Kurbelwelle anzutreiben, das Aufrechterhalten eines Gasdrucks in den Zylindern einer zweiten Zylindergruppe bei atmosphärischem Luftdruck, wobei die Zylinder der zweiten Zylindergruppe eine zweite Vielzahl von Einlassventilen und eine zweite Vielzahl von Auslassventilen beinhalten, wobei sich jedes Einlassventil der zweiten Vielzahl von Einlassventilen in einer vollständig geschlossenen Position befindet und wobei sich jedes Auslassventil der zweiten Vielzahl von Auslassventilen in einer geöffneten Position befindet. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner Folgendes: vor dem Leiten verdichteter Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe, um die Kurbelwelle anzutreiben, und während der Verbrennungsmotorstartanforderung das Erhöhen eines Öffnungsgrads eines Einlassventils der ersten Vielzahl von Einlassventilen über eine elektronische Steuerung des Verbrennungsmotors. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner Folgendes: vor dem Leiten verdichteter Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe, um die Kurbelwelle anzutreiben, und während der Verbrennungsmotorstartanforderung das Erhöhen eines Öffnungsgrads eines Auslassventils der zweiten Vielzahl von Auslassventilen über eine elektronische Steuerung des Verbrennungsmotors. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Leiten der verdichteten Luft in Zylinder der ersten Zylindergruppe als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung Kolben, die in den Zylindern der ersten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung einer Position des unteren Totpunkts antreibt und Kolben, die in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung einer Position des oberen Totpunkts antreibt, wobei der Gasdruck in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe bei atmosphärischem Druck gehalten wird, während die Kolben, die in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung der Position des oberen Totpunkts angetrieben werden.
In einer anderen Darstellung umfasst ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor eines Hybridelektrofahrzeugs (Hybrid Electric Vehicle - HEV) Folgendes: das Antreiben einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors während einer Verbrennungsmotorstartanforderung ohne Verbrennung nur durch das Leiten von verdichteter Luft aus einem elektrischen Turbolader zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen eines Anlassers oder eines primären Elektromotors des HEV.
In Bezug auf Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) kann das Starten des Verbrennungsmotors über den elektrischen Turbolader in einigen Beispielen ein sekundäres Verfahren oder ein Reserveverfahren zum Starten des Verbrennungsmotors sein, wobei ein primäres Verfahren darin besteht, eine Fahrzeugbewegung zu induzieren, während der Verbrennungsmotor nicht mit Kraftstoff versorgt wird, aber eingekuppelt ist (z. B. bei drehender Kurbelwelle), während ein primärer Elektromotor (z. B. ein Elektromotor, der zum Antreiben des Fahrzeugs ausgelegt ist) das Fahrzeug mit Leistung versorgt. In einem weiteren Beispiel kann der primäre Elektromotor den Verbrennungsmotor mit Leistung versorgen, ohne dass ein Getriebe des Verbrennungsmotors mit dem Verbrennungsmotor eingekuppelt ist.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Verbrennungsmotorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wiedergeben, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Zudem können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in dem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Verbrennungsmotorarten angewandt werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfiguration und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, 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 sollten so verstanden werden, 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 Patentansprüche 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 beinhaltet ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor das Antreiben einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors während einer Verbrennungsmotorstartanforderung ohne Verbrennung nur durch das Leiten von verdichteter Luft aus einem elektrisch angetriebenen Luftverdichter zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen eines Anlassers, der mit der Kurbelwelle gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrisch angetriebene Luftverdichter Teil eines elektrischen Turboladers und das Leiten verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader beinhaltet das Zuführen von Energie zu einem Elektromotor des elektrischen Turboladers als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung, um den Luftverdichter des elektrischen Turboladers zu drehen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrisch angetriebene Luftverdichter Teil eines elektrischen Turboladers und das Leiten verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader beinhaltet das Erhöhen eines Drucks der verdichteten Luft über einen Schwellenwertdruck durch das Drehen des Luftverdichters des elektrischen Turboladers.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Schwellenwertdruck größer als 2 atm.
Gemäß einer Ausführungsform wird zuerst der Druck der verdichteten Luft über den Schwellenwertdruck in einem Ansaugkanal stromaufwärts von einer Drossel des Verbrennungsmotors erhöht; dann wird die Drossel geöffnet, um die verdichtete Luft zu den Zylindern zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Druck der verdichteten Luft erst an einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors über den Schwellenwertdruck erhöht; dann folgt das Einstellen eines Einlassventils der Zylinder von einer vollständig geschlossenen Position in eine geöffnete Position, um die verdichtete Luft zu den Zylindern zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Bestimmen einer Position jedes Kolbens, der in jedem Zylinder der Zylinder angeordnet ist, und das Einstellen des Einlassventils auf Grundlage der bestimmten Position jedes Kolbens.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch, nach einer Zeitdauer des Antreibens der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ohne Verbrennung, nur durch Leiten von verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen des Anlassers, das Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder und das Verbrennen des Kraftstoffs und der verdichteten Luft in den Zylindern.
Gemäß einer Ausführungsform basiert die Zeitdauer darauf, dass eine Drehzahl der Kurbelwelle eine Schwellenwertdrehzahl übersteigt.
Gemäß einer Ausführungsform basiert die Zeitdauer darauf, dass eine Anzahl vollständiger Umdrehungen der Kurbelwelle eine Schwellenwertanzahl vollständiger Umdrehungen nach der Verbrennungsmotorstartanforderung übersteigt.
Gemäß einer Ausführungsform werden während der gesamten Zeitdauer des Antreibens der Kurbelwelle nur durch Leiten von verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader zu den Zylindern kein(e) Kraftstoff und Luft in den Zylindern verbrannt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Reduzieren der Verbrennungsmotordrehzahl nach der Zeitdauer über eine Drehzahlreduzierungsroutine, die in einem nichtflüchtigen Speicher einer elektronischen Steuerung des Verbrennungsmotors gespeichert ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Drehzahlreduzierungsroutine eines von dem Erhöhen eines Öffnungsgrads eines Umgehungsventils eines elektrischen Turboladers, das parallel mit dem Luftverdichter gekoppelt ist, dem Einstellen einer Öffnungszeit eines Einlassventils und/oder Auslassventils der Zylinder oder dem Einstellen eines Zündzeitpunkts der Zylinder.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung das Leiten von verdichteter Ansaugluft zu Verbrennungsmotorzylindern von einem Verdichter eines elektrischen Turboladers und das Antreiben von Kolben, die in den Verbrennungsmotorzylindern angeordnet sind, nur über die verdichtete Ansaugluft für eine Zeitdauer, wobei ein Öffnungsgrad von Einlassventilen und Auslassventilen, die mit den Verbrennungsmotorzylindern gekoppelt sind, während der Zeitdauer über Nocken von Nockenwellen eingestellt wird; und das Überführen vom Antreiben der Kolben nur über die verdichtete Ansaugluft zum Antreiben der Kolben über die Verbrennung von Kraftstoff und Luft durch das Auslösen der Verbrennung in den Verbrennungsmotorzylindern nach der Zeitdauer.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch vor der Verbrennungsmotorstartanforderung und als Reaktion auf ein Verbrennungsmotorabschaltereignis unmittelbar vor der Verbrennungsmotorstartanforderung, ohne dass ein anderes Verbrennungsmotorabschaltereignis oder eine Verbrennungsmotorstartanforderung dazwischen vorliegt, das Einstellen des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors, um einen ersten Kolben beim Abschalten des Verbrennungsmotors in einer Position des oberen Totpunktszu positionieren, wobei sich ein erstes Einlassventil, das mit einem ersten Zylinder gekoppelt ist, der den ersten Kolben beinhaltet, in einer vollständig geöffneten Position befindet.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Zeitdauer mindestens über 720 Grad Kurbelwell endrehung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung: das Leiten verdichteter Luft in Zylinder einer ersten Zylindergruppe, um eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors nur über die verdichtete Luft anzutreiben, wobei die Zylinder der ersten Zylindergruppe eine erste Vielzahl von Einlassventilen und eine erste Vielzahl von Auslassventilen beinhalten, wobei sich jedes Einlassventil der ersten Vielzahl von Einlassventilen in einer geöffneten Position befindet und wobei sich jedes Auslassventil der ersten Vielzahl von Auslassventilen in einer vollständig geschlossenen Position befindet; und während verdichtete Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe geleitet wird, um die Kurbelwelle anzutreiben, das Aufrechterhalten eines Gasdrucks in den Zylindern einer zweiten Zylindergruppe bei atmosphärischem Luftdruck, wobei die Zylinder der zweiten Zylindergruppe eine zweite Vielzahl von Einlassventilen und eine zweite Vielzahl von Auslassventilen beinhalten, wobei sich jedes Einlassventil der zweiten Vielzahl von Einlassventilen in einer vollständig geschlossenen Position befindet und wobei sich jedes Auslassventil der zweiten Vielzahl von Auslassventilen in einer geöffneten Position befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch vor dem Leiten verdichteter Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe, um die Kurbelwelle anzutreiben, und während der Verbrennungsmotorstartanforderung das Erhöhen eines Öffnungsgrads eines Einlassventils der ersten Vielzahl von Einlassventilen über eine elektronische Steuerung des Verbrennungsmotors.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch vor dem Leiten verdichteter Luft in die Zylinder der ersten Zylindergruppe, um die Kurbelwelle anzutreiben, und während der Verbrennungsmotorstartanforderung das Erhöhen eines Öffnungsgrads eines Auslassventils der ersten Vielzahl von Auslassventilen über eine elektronische Steuerung des Verbrennungsmotors.
Gemäß einer Ausführungsform treibt das Leiten verdichteter Luft in Zylinder der ersten Zylindergruppe als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung Kolben, die in den Zylindern der ersten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung einer Position des unteren Totpunkts an und Kolben, die in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung einer Position des oberen Totpunkts an, wobei der Gasdruck in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe bei atmosphärischem Druck gehalten wird, während die Kolben, die in den Zylindern der zweiten Zylindergruppe angeordnet sind, in Richtung der Position des oberen Totpunkts angetrieben werden.
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 6182449 [0003]

Claims

Verfahren für einen Verbrennungsmotor, umfassend: das Antreiben einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors während einer Verbrennungsmotorstartanforderung ohne Verbrennung nur durch das Leiten von verdichteter Luft aus einem elektrisch angetriebenen Luftverdichter zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen eines Anlassers, der mit der Kurbelwelle gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elektrisch angetriebene Luftverdichter Teil eines elektrischen Turboladers ist und das Leiten verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader das Zuführen von Energie zu einem Elektromotor des elektrischen Turboladers als Reaktion auf die Verbrennungsmotorstartanforderung beinhaltet, um den Luftverdichter des elektrischen Turboladers zu drehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elektrisch angetriebene Luftverdichter Teil eines elektrischen Turboladers ist und das Leiten verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader das Erhöhen eines Drucks der verdichteten Luft über einen Schwellenwertdruck durch das Drehen des Luftverdichters des elektrischen Turboladers beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schwellenwertdruck größer als 2 atm ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zuerst der Druck der verdichteten Luft über den Schwellenwertdruck in einem Ansaugkanal stromaufwärts von einer Drossel des Verbrennungsmotors erhöht wird; dann die Drossel geöffnet wird, um die verdichtete Luft zu den Zylindern zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Druck der verdichteten Luft erst an einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors über den Schwellenwertdruck erhöht wird; dann folgt das Einstellen eines Einlassventils der Zylinder von einer vollständig geschlossenen Position in eine geöffnete Position, um die verdichtete Luft zu den Zylindern zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Bestimmen einer Position jedes Kolbens, der in jedem Zylinder der Zylinder angeordnet ist, und das Einstellen des Einlassventils auf Grundlage der bestimmten Position jedes Kolbens.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: nach einer Zeitdauer des Antreibens der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ohne Verbrennung, nur durch Leiten von verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader zu Zylindern des Verbrennungsmotors und ohne das Betätigen des Anlassers, das Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder und das Verbrennen des Kraftstoffs und der verdichteten Luft in den Zylindern.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zeitdauer darauf basiert, dass eine Drehzahl der Kurbelwelle eine Schwellenwertdrehzahl übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zeitdauer darauf basiert, dass eine Anzahl vollständiger Umdrehungen der Kurbelwelle eine Schwellenwertanzahl vollständiger Umdrehungen nach der Verbrennungsmotorstartanforderung übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei während der gesamten Zeitdauer des Antreibens der Kurbelwelle nur durch Leiten von verdichteter Luft von dem elektrischen Turbolader zu den Zylindern kein(e) Kraftstoff und Luft in den Zylindern verbrannt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Reduzieren der Verbrennungsmotordrehzahl nach der Zeitdauer über eine Drehzahlreduzierungsroutine, die in einem nichtflüchtigen Speicher einer elektronischen Steuerung des Verbrennungsmotors gespeichert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Drehzahlreduzierungsroutine eines von dem Erhöhen eines Öffnungsgrads eines Umgehungsventils eines elektrischen Turboladers, das parallel mit dem Luftverdichter gekoppelt ist, dem Einstellen einer Öffnungszeit eines Einlassventils und/oder Auslassventils der Zylinder oder dem Einstellen eines Zündzeitpunkts der Zylinder beinhaltet.
System, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet; einen elektrischen Turbolader, der einen elektrisch angetriebenen Luftverdichter beinhaltet, der angepasst ist, verdichtete Ansaugluft zu der Vielzahl von Zylindern zu leiten; und eine elektronische Steuerung, die Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Computerspeicher gespeichert sind, für Folgendes beinhaltet: das Zuführen von Energie zu dem Verdichter als Reaktion auf eine Verbrennungsmotorstartanforderung, um verdichtete Ansaugluft zu der Vielzahl von Zylindern zu leiten, um Kolben, die in der Vielzahl von Zylindern angeordnet sind, während einer Zeitdauer nur über die verdichtete Ansaugluft anzutreiben; und das Überführen vom Antreiben der Kolben nur über die verdichtete Ansaugluft zum Antreiben der Kolben über die Verbrennung von Kraftstoff und Luft durch das Auslösen der Verbrennung in den Verbrennungsmotorzylindern nach der Zeitdauer.
System nach Anspruch 14, wobei die elektronische Steuerung ferner in einem nichtflüchtigen Computerspeicher gespeicherte Anweisungen beinhaltet für: vor der Verbrennungsmotorstartanforderung und als Reaktion auf ein Verbrennungsmotorabschaltereignis unmittelbar vor der Verbrennungsmotorstartanforderung, ohne dass ein anderes Verbrennungsmotorabschaltereignis oder eine Verbrennungsmotorstartanforderung dazwischen vorliegt, das Einstellen des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors, um einen ersten Kolben, der in einem ersten Zylinder der Vielzahl von Zylinder angeordnet ist, beim Abschalten des Verbrennungsmotors in einer Position des oberen Totpunktszu positionieren, wobei sich ein erstes Einlassventil, das mit dem ersten Zylinder gekoppelt ist, in einer vollständig geöffneten Position befindet.